Diamant mit Löchern: Chemiker finden nach 30 Jahren Rezept für neuartigen Kohlenstoff
35 Jahre lang existierte Diamondiyne nur in den Modellen der theoretischen Chemie. Forscher der Universität Göteborg haben den porösen Kohlenstoff jetzt erstmals hergestellt. Warum war die Synthese so schwer, und was ist bisher nachgewiesen ist.
So dicht sitzen die Kohlenstoffatome im Diamanten. Diamondiyne übernimmt diesen Bauplan, spannt ihn aber rund 4,5-mal so weit auf, sodass Hohlräume bleiben.
Foto: Smarterpix/ogwen
Diamant ist Kohlenstoff in seiner extremsten Form. In der Natur entsteht Diamant unter hohem Druck tief im Erdmantel, und um ihn zu schmelzen, brauchten US-Forscher zuletzt rund 1 Billion Pascal. Chemiker der Universität Göteborg haben jetzt einen Verwandten des Diamanten hergestellt, der ohne Hochdruck an der Grenze zwischen zwei Flüssigkeiten wächst. Der Stoff namens Diamondiyne hat das Gitter eines Diamanten, ist aber so weitmaschig, dass Hohlräume bleiben, er also porös ist. Laut den Autoren ist es nach Diamant erst die zweite bekannte Kohlenstoffform, deren Atome in allen drei Dimensionen fest miteinander verbunden sind.
Dass es das Material geben könnte, wurde erstmals in den 1990er Jahren berechnet. Der erste dokumentierte Syntheseversuch liegt laut der kürzlich im Fachjournal Angewandte Chemie veröffentlichten Studie rund 30 Jahre zurück – und scheiterte. „Es hat unglaublich lange gedauert, aber am Ende ist es uns gelungen“, sagt Karl Börjesson, Professor für Physikalische Chemie, laut Mitteilung der Universität.
Als zweiten Diamanten kann man Diamondiyne noch nicht ansehen, denn bisher entstehen nur Kristalle von rund 10 nm Größe, eingebettet in einen hauchdünnen Film, dessen Steifigkeit auf dem Niveau von Plexiglas liegt. Was also hat das Team in Göteborg hergestellt?
Inhaltsverzeichnis
Was ist Diamondiyne ?
Kohlenstoff gilt als chemischer Verwandlungskünstler. Je nachdem, wie sich seine Atome verbinden, entsteht weicher Graphit für die Bleistiftmine oder Diamant, der härteste natürlich vorkommende Stoff. Chemiker nennen solche Erscheinungsformen desselben Elements Allotrope.
Im Diamanten hält jedes Kohlenstoffatom vier Nachbarn fest, die wie die Ecken eines Tetraeders um es herum sitzen. Dieses Muster setzt sich lückenlos in alle Richtungen fort. Weil jede dieser Bindungen kurz und stark ist, gibt der Kristall kaum nach.
Diamondiyne übernimmt den Bauplan, streckt ihn aber. Zwischen zwei Knotenatomen sitzt jeweils ein starrer Stab aus vier weiteren Kohlenstoffatomen, zusammengehalten von zwei Dreifachbindungen. Chemiker nennen eine solche Kette Diin, daher der Name. Auf jedes Knotenatom kommen laut Studie acht Stabatome.
Wie es zu den Hohlräumen kommt
Zur Einordnung: Im einzelnen Diamondiyne-Gitter hat die würfelförmige Baueinheit laut Studie eine Kantenlänge von 1,62 nm. Beim Diamanten sind es 0,357 nm. Jedes Gitter ist also rund 4,5-mal so weit gespannt, und zwischen den Stäben bleibt Platz. „Die Struktur erzeugt Hohlräume zwischen den Tetraedern. Man kann das Allotrop deshalb mit einem porösen Diamanten vergleichen“, sagt Börjesson laut Mitteilung.
In einfachen Worten: Wäre Diamant ein massiver Block, dann wäre Diamondiyne ein Klettergerüst mit demselben Grundriss.
| Diamant | Diamondiyne | |
| Aufbau | Jedes Atom direkt mit 4 Nachbarn verbunden | Knotenatome mit 4 Nachbarn, dazwischen Stäbe aus je 4 Atomen mit zwei Dreifachbindungen |
| Kantenlänge der würfelförmigen Baueinheit (einzelnes Gitter) | 0,357 nm | 1,62 nm |
| Hohlräume | keine | ja, groß genug für ein zweites, eingewobenes Gitter |
| Herstellung | Natur: hoher Druck im Erdmantel; Industrie: Hochdruckpresse oder Abscheidung aus der Gasphase | nasschemisch an der Grenze zwischen zwei Flüssigkeiten |
| Steifigkeit (E-Modul) | rund 1000 GPa | 19 GPa vorhergesagt, 2,7 GPa am Film gemessen |
| Bisher verfügbar als | Kristalle bis Schmuckgröße | Kristallite von rund 10 nm in einem Film von bis zu 5 cm² |
Tab. 1: Diamant und Diamondiyne im Vergleich. Quellen: Yang et al., Angewandte Chemie (2026); Universität Göteborg
Die Universität Göteborg datiert die erste theoretische Beschreibung des Diamondiyne auf vor 35 Jahren. 1990 skizzierte der Chemiker Albert H. Alberts in einem Tagungsband ein hypothetisches diamantartiges Kohlenstoffnetz aus demselben Baustein, den das Göteborger Team heute nutzt, und nannte es „Dutch Diamond“. Herstellen ließ sich dieser Baustein erst 1993, damals in zehn Syntheseschritten für 19 mg. Der erste dokumentierte Versuch, daraus das Netz zu knüpfen, liegt laut der aktuellen Studie rund 30 Jahre zurück und scheiterte.
Wie die Züchtung funktionierte
Der Laboraufbau ist schnell umrissen. In einem Gefäß liegen zwei Flüssigkeiten übereinander, die sich nicht mischen: unten Chloroform, oben eine Mischung aus Wasser und der organischen Base Pyridin. Die Universität Göteborg spricht in ihrer Mitteilung von vergleichsweise günstiger Ausrüstung.
Der Baustein ist ein Molekül mit einem zentralen Kohlenstoffatom und vier Armen, die in die Ecken eines Tetraeders zeigen. In seiner reaktionsfähigen Form ist es laut Studie allerdings so instabil, dass eine andere Forschungsgruppe Diamondiyne aus Kohlenstoff noch 2021 für unerreichbar hielt. Das Team in Göteborg umgeht das mit Schutzkappen und einem Salz, das zwei Aufgaben übernimmt:
- Im Chloroform ist der Baustein gelöst. An allen vier Armen trägt er Schutzkappen aus einer Siliziumverbindung. So bleibt er stabil, kann aber nicht reagieren.
- Im Wasser ist Kupferfluorid gelöst. Das Fluorid entfernt die Schutzkappen, das Kupfer verknüpft je zwei freie Arme zu einem Diin-Stab.
- Beides geschieht nur an der Grenzfläche, weil sich Baustein und Salz nur dort begegnen. Der instabile Baustein wird also nach und nach freigesetzt und sofort verbaut.
Die Konzentration des Bausteins halten die Forscher bewusst niedrig. Dadurch lagert sich laut Studie Molekül für Molekül an den wachsenden Kristall an. Bei höherer Konzentration würden die Bausteine schon in der Flüssigkeit ungeordnet verklumpen.
Warum der Aufwand?
Verwandte poröse Gerüstmaterialien entstehen über Bindungen, die sich wieder lösen können. Ein falsch eingebauter Baustein fällt dort wieder ab, der Kristall korrigiert sich selbst. Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen lösen sich nicht mehr. Was falsch sitzt, bleibt falsch. Jeder Baustein muss deshalb beim ersten Versuch richtig andocken, und das kostet Zeit. Nach knapp einer Woche ist der Film laut Studie mit bloßem Auge zu sehen, danach wird er gleichmäßig dicker, von wenigen bis zu mehreren Dutzend Nanometern.
Börjesson betont in der Mitteilung, anders als Diamant brauche Diamondiyne keinen hohen Druck. Der sei nur für Naturdiamanten und für die Hochdruckpressen der Industrie erforderlich. Synthetischer Diamant lässt sich allerdings auch bei Unterdruck aus der Gasphase abscheiden, dafür sind dann ein Plasma oder ein Heizdraht und mehrere Hundert Grad nötig. Bei Diamondiyne genügten zwei Flüssigkeiten und ein wenig Geduld.
Was nachgewiesen ist und was nicht
Den Beleg lieferte ein Elektronenmikroskop an der Universität Stockholm. Die Aufnahmen zeigen regelmäßige Gittermuster, deren Abstände laut Studie zu den berechneten Werten für Diamondiyne passen. Diese zeigen sogar mehr, als die Mitteilung der Universität verspricht. Börjesson stellt dort in Aussicht, mehrere Gitter könnten sich durch die Hohlräume des jeweils anderen weben. Laut Studie ist das indes schon passiert. Die Daten sprechen für zwei ineinandergeschobene Gitter, um rund 0,3 nm gegeneinander versetzt.
Die Autoren nennen jedoch einige Einschränkungen:
- Der Film ist kein durchgehender Kristall. Er besteht aus ungeordnetem Kohlenstoff, in dem Diamondiyne-Kristallite stecken. Das größte zusammenhängende Muster misst laut Börjesson 10 nm Kantenlänge.
- Höchstens rund 1 % des eingesetzten Materials landet laut Studie im Film. Optimiert wurde die Ausbeute noch nicht.
- Der Film erreicht einen E-Modul von 2,7 GPa, etwas mehr als Plexiglas. Für reines Diamondiyne sind 19 GPa berechnet. Die Autoren nennen das „relativ nah“, tatsächlich liegt der Faktor 7 dazwischen. Sie erklären die Lücke mit den ungeordneten Anteilen.
- Für die übliche Messung, wie viel Gas ein poröses Material aufnimmt, reicht die Masse der Filme nicht. Die Porosität ist bisher nur qualitativ angedeutet.
Dass Diamondiyne nach Diamant die zweite dreidimensionale Kohlenstoffform ist, ist übrigens vor allem die Lesart der Autoren. Unerwähnt lassen sie in ihrer Studie T-Carbon, ebenfalls ein Kohlenstoff mit aufgeweitetem Diamantgitter, den ein Forschungsteam 2017 im Fachjournal Nature Communications in Form von Nanodrähten vorstellte.
Ein Material, für das es noch keine Anwendungen gibt
Wofür Diamondiyne taugt, ist offen. Poröse Gerüste stehen seit dem Chemie-Nobelpreis 2025 im Rampenlicht. Die ausgezeichneten metallorganischen Gerüstverbindungen können Gase speichern, CO2 binden oder Wasser aus Wüstenluft gewinnen. Börjessons Gruppe arbeitet an metallfreien Varianten solcher Gerüste, Diamondiyne ist dabei entstanden. Ob es Ähnliches kann, hat noch niemand gemessen. „Wir werden jetzt die Eigenschaften von Diamondiyne untersuchen und wie es sich nutzen lässt“, sagt Börjesson.
Die Liste der Kohlenstoffformen, die Theoretiker für möglich halten, umfasst laut Studie derzeit 1635 Einträge. Hergestellt ist davon bislang nur ein kleiner Teil. Seit dieser Woche gehört immerhin ein weiterer Eintrag dazu, an dem sich Chemiker 30 Jahre lang versucht haben.
- Yang, Y. et al.: Diamondiyne: A 3D Carbon Allotrope With Mixed sp–sp3 Hybridization. Angewandte Chemie International Edition (2026). doi.org/10.1002/anie.4062963
- Universität Göteborg: New porous diamond created by researchers. Pressemitteilung vom 17.9.2026 (via EurekAlert)
- Zhang, J. et al.: Pseudo-topotactic conversion of carbon nanotubes to T-carbon nanowires. Nature Communications 8, 683 (2017). doi.org/10.1038/s41467-017-00817-9
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