Brint åbner vejen til grafen ... og grafan

(PhysOrg.com) - Et internationalt forskerhold har opdaget en ny metode til at fremstille bælter af grafen kaldet nanobånd. Ved at bruge brint, de har formået at pakke enkeltvæggede kulstof nanorør ud. Metoden åbner også vejen for fremstilling af nanobånd af grafan, en modificeret og lovende version af grafen.

En tynd flage almindelig kulstof, kun et atom tykt, blev verdensberømt sidste år. Opdagelsen af ​​supermaterialet grafen gav Andre Geim og Konstantin Novoselov Nobelprisen i fysik 2010. Grafen har en lang række usædvanlige og yderst interessante egenskaber. Som en leder af elektricitet fungerer den lige så godt som kobber. Som varmeleder overgår den alle andre kendte materialer.

Der er muligheder for at opnå stærke variationer af grafenegenskaberne for eksempel ved at lave grafen i form af bælter med forskellig bredde, såkaldte nanobånd. Nanobånd blev forberedt for første gang for to år siden. En metode til at fremstille dem er at tage udgangspunkt i kulstofnanorør og bruge iltbehandling til at pakke dem ud i nanobånd. Imidlertid, denne metode efterlader iltatomer på kanterne af nanobånd, hvilket ikke altid er ønskeligt.

I det nye studie viser forskerholdet, at det også er muligt at udpakke enkeltvæggede kulstofnanorør ved at bruge en reaktion med molekylært brint. Nanobånd fremstillet ved den nye metode vil have brint på kanterne, og det kan være en fordel for nogle applikationer. Alexandr Talyzin, fysiker ved Umeå Universitet i Sverige, har gennem det sidste årti undersøgt, hvordan brint reagerer med fullerener, som er fodboldformede kulstofmolekyler.

"Behandling af kulstofnanorørene med brint var en logisk forlængelse af vores forskning. Vores tidligere erfaring har været til stor hjælp i dette arbejde, ” siger Alexandr Talyzin.
Nanorør lukkes typisk af halvkugleformede kopper, i det væsentlige halvdele af fullerenmolekyler. Forskerne har tidligere bevist, at fulleren-molekyler kan ødelægges fuldstændigt ved meget kraftig hydrogenering. Derfor, de forventede lignende resultater for nanorørs endekopper og forsøgte at åbne nanorørene ved at bruge hydrogenering. Effekten blev så sandelig bekræftet, og de formåede også at afsløre nogle andre spændende effekter.

Den mest interessante opdagelse var, at nogle kulstof nanorør blev lynet ud i grafen nanobånd som et resultat af langvarig hydrogenbehandling. Hvad der er endnu mere spændende - udpakning af nanorør med brint fastgjort til sidevæggene kan muligvis føre til syntese af hydrogeneret grafen:grafan. Indtil nu, grafan blev forsøgt syntetiseret for det meste ved reaktion af hydrogen med grafen. Det så ud til at være meget svært, især hvis grafen er understøttet på et eller andet underlag, og kun den ene side er tilgængelig for reaktionen. Imidlertid, brint reagerer meget lettere med den buede overflade af kulstofnanorør.

"Vores nye idé er at bruge hydrogenerede nanorør og udpakke dem til grafan nanobånd. Indtil nu, kun det første skridt mod grafan-nanobåndsyntese er gjort, og der kræves meget mere arbejde for at gøre vores tilgang effektiv, ” forklarer Alexandr Talyzin. "Kombineret erfaring og ekspertise fra flere grupper på forskellige universiteter, var nøglen til succes."

Ilya V. Anoshkin, Albert G. Nasibulin, Jiang Hua og Esko I. Kauppinen ved Aalto Universitet er eksperter i syntese og karakterisering af enkeltvæggede kulstofnanorør. Valery M. Mikoushkin, Vladimir V. Shnitov og Dmitry E. Marchenko fra St. Petersborg lavede XPS og anden karakterisering ved hjælp af synkrotronstråling. Dag Noréus ved Stockholms Universitet delte sin ekspertise med højtemperaturbrintreaktorer.