Kulstof nanorør strukturer ændret ved angreb indefra, opdager forskere

(PhysOrg.com) -- Et team af forskere, der involverer forskere fra University of Nottingham, har for første gang vist, at kemiske reaktioner på nano-niveau, som ændrer strukturen af ​​kulstofnanorør, kan udløses af et 'angreb' indefra.

Opdagelsen udfordrer tidligere videnskabelig tænkning om, at den indre overflade af de hule nanostrukturer er kemisk ureaktiv, stort set begrænser deres anvendelse til brugen af ​​en inert beholder eller en 'nano-reaktor', hvori andre kemiske reaktioner kan finde sted.

Deres forskning, offentliggjort i tidsskriftet Naturkemi , viser, at kulstofnanorør, der har fået ændret struktur, er spændende nye materialer, der kunne være nyttige i udviklingen af ​​nye teknologier til gaslagringsenheder, kemiske sensorer og dele af elektroniske enheder såsom transistorer.

Dr Andrei Khlobystov, fra universitetets kemiskole, der ledede arbejdet i Nottingham, sagde:"Det har været universelt accepteret i nogen tid nu, at den indre overflade af kulstofnanorør - eller den konkave side - er kemisk ureaktiv, og vi har faktisk med succes brugt kulstofnanorør som nano-reaktorer.

"Men i løbet af denne nye forskning gjorde vi den serendipitære opdagelse, at i nærværelse af katalytisk aktive overgangsmetaller inde i nanorørets hulrum, selve nanorøret kan være involveret i uventede kemiske reaktioner."

Carbon nanorør er bemærkelsesværdige nanostrukturer med en typisk diameter på 1-2 nanometer, hvilket er 80, 000 gange mindre end tykkelsen af ​​et menneskehår. Dr. Khlobystov og hans forskningsmedarbejdere var for nylig involveret i opdagelsen - offentliggjort i Nature Materials - at nanorør kan bruges som en katalysator til produktion af nanobånd, atomisk tynde strimler af kulstof skabt af kulstof- og svovlatomer. Disse nanobånd kan potentielt bruges som nye materialer til den næste generation af computere og datalagringsenheder, der er hurtigere, mindre og mere kraftfuld.

I denne seneste forskning, forskerne fandt ud af, at et individuelt atom af rheniummetal (Re) udløser en kemisk reaktion, der fører til transformationen af ​​nanorørets indre væg. I første omgang, angrebet af rhenium skaber en lille defekt i nanorørets væg, som så gradvist udvikler sig til et fremspring på nanostørrelse ved at 'spise' yderligere kulstofatomer.

Fremspringet øges derefter hurtigt i størrelse og forsegler sig selv, danner en unik kulstofstruktur kaldet en NanoBud, såkaldt, fordi fremspringet på kulstofnanorøret ligner en knop på en stilk.

Tidligere, NanoBuds blev antaget at blive dannet uden for nanorøret gennem reaktioner på den ydre overflade med kulstofmolekyler kaldet fullerener.

Den nye undersøgelse viser for første gang, at de kan dannes indefra, forudsat at et overgangsmetalatom med passende katalytisk aktivitet er til stede i nanorøret.

I samarbejde med Electron Microscopy of Materials Science-gruppen ved Ulm University i Tyskland, forskerne har endda været i stand til at fange 'på kamera' den kemiske reaktion af overgangsmetalatomet med nanorøret i realtid på atomniveau ved hjælp af den seneste aberrationskorrigerede højopløsningstransmissionselektronmikroskopi (AC-HRTEM). Deres videoer viser nanorør med en diameter på omkring 1,5 nanometer, mens NanoBuds kun er 1 nanometer på tværs.