El grafè és un al·lòtrop bidimensional de carboni fet d'hexàgons. Al febrer de 2015 el pentagrafè només estava fet de pentàgons, de manera que va ser proposat teòricament com un altre al·lòtrop bidimensional de carboni. Pel que sembla, és dinàmica, tèrmica i mecànicament estable. No obstant això, una exhaustiva recerca experimental ha estat concloent, i ha generat dubtes sobre les seves possibilitats.
Els resultats recents suggereixen que el pentagrafè i el grafè poden ser considerats com reorientacions cristal·logràfques del mateix material, en lloc d'al·lòtrops diferents. De fet, això pot ser el cas per a altres al·lòtrops de carboni teòricament proposats, com ph-grafè, que tenen una estructura penta-hexagonal. La següent figura és una transformació estructural del pentagrafè (a dalt a l'esquerra) per grafè (a baix a l'esquerra) amb dos passos exotèrmics i en sentit horari. Font: Ewels (2015).
El principal inconvenient del grafè com a material de transistor, és l'absència de separació entre la banda de conducció i valència, però el pentagrafè resol aquest problema amb un interval de banda intrínseca tan gran com 3,25 eV. Es compon íntegrament de pentàgons de carboni, que s'assembla a un terra de rajoles pentagonal; recordar que en el grafè, tots els àtoms de carboni són sp 2, i en el diamant tots són sp 3. Les simulacions prediuen una alta estabilitat tèrmica del pentagrafè fins i tot a temperatures tan altes com 1000 K.
La síntesi del pentagrafè, desencadenarà un considerable interès en un gran nombre d'aplicacions pràctiques. Per a la fabricació de pentagrafè, Shunhong Zhang, de la Universitat de Beijing (la Xina) i els seus col·legues van proposar la exfoliació del T12-carboni, un altre al·lòtrop tetragonal, però en tres dimensions amb 12 àtoms per cel·la 5. No obstant això, els esforços experimentals han estat concloents; el pentagrafè és energèticament metastable en comparació amb el grafè.
Recentment s'han introduit un conjunt de criteris per avaluar teòricament, si al·lòtrops de carboni proposats es poden aïllar de forma experimental. Ho ha fet Sir Harold W. Kroto (1939-2016), de la Universitat de l'Estat de Florida (EUA) conjuntament amb diversos col·legues. Els al·lòtrops estables han d'ocupar els potencials forats profunds per aïllar l'entorn energètic, la gran zona d'atracció evita l'embut cap a formes estructurals més estables. L'aplicació d'aquests criteris per pentagrafè, demostra amb l'ajuda de càlculs de densitat funcional, que no serà experimentalment assolible. De fet, el pentagrafè és de 0,761 eV per àtom menys estable que el grafè. Per tant, es pot transformar directament a grafè per mitjà d'una seqüència de rotacions.
La següent figura, es una reforma de tres pentàgons adjacents (a) en dos hexàgons adjacents (D) amb un (5,7) -defecte (f) a la ruta de la transformació estructural pentagrafè de grafè. Font: Cranford (2016).
L'aparició d'un material (grafè) d'una altra manera metastable (pentagrafè) és un nou paradigma en els nanomaterials. La transició del pentagrafè de grafè, s'ha estudiat detalladament per mitjà de la dinàmica completa atomística molecular (MD) de Steven W. Cranford, de la Northeastern University, Boston, MA, EUA.
Durant la fase de transformació del pentagrafè en grafè, s'observen formes intermèdies estables amb una barreja de pentàgons i hexàgons. El pas bàsic és la reforma de tres pentàgons adjacents (10 àtoms de carboni) en els dos hexàgons adjacents, acompanyats d'un (5,7) - defecte. En aquest procés s'allibera energia, però el pentagrafè no es fractura. Per tant, aquesta transformació estructural es propaga a través del full 2D mitjançant la repetició del pas bàsic. El procés acaba quan el pentagrafè original és efectivament grafè. Des d'aquesta perspectiva, el pentagrafè pot ser considerat com un grafè extremadament "defectuós", és a dir, tots dos materials són reorientacions cristal·logràfiques de la mateixa manera al·lotròpica.
Font: mappingingnosrance 
