Polymerisering af kulstofburstrukturer til lineære diamantlignende strukturer inde i kulstofnanorør

Det indre rum af kulstofnanorør kan fungere som skabelon for syntesen af ​​nanodiamantlignende kulstofkæder. Som et hold af videnskabsmænd fra Japan, Tyskland, og USA rapporterer i tidsskriftet Angewandte Chemie , denne skabelonformede polymerisationstilgang baner vejen for design af nye endimensionelle nanomaterialer.

Materialer i nanostørrelse, såsom nanotråde, tilbyder unikke egenskaber, der er helt adskilte fra bulkmaterialernes. Imidlertid, endimensionelle nanostrukturer er svære at syntetisere. I et internationalt samarbejde, Hisanori Shinohara fra Nagoya University i Japan og hans kolleger har udviklet en metode, der bruger kulstofnanorør som reaktionsbeholder til skabelonpolymerisation af lineærkædede nanomaterialer. Tanken var, at under polymerisationen, de små precursor-molekyler ville naturligvis kun antage rørenes endimensionelle struktur, hvis deres indre diameter er lille nok. Større diametre ville give for meget plads, så polymerisationen kunne afsluttes eller blive ukontrolleret. Ved at bruge denne metode, Shinohara og hans kolleger var i stand til at syntetisere en endimensionel nanodiamant-polymerstruktur ved en relativt simpel udglødningsteknik. De beskriver deres tilgang:"Den nuværende skabelonbaserede tilgang til syntese af lineære-kædede diamantoide polymerer er helt anderledes end konventionelle kemiske tilgange."

Forskerne brugte diamantane, en burstruktur med 10 kulstof, som et forløbermolekyle og byggesten til polymerisation. Dette molekyle blev bromeret på begge sider, således at ved tilsætning af jernnanopartikler, bromet ville blive abstraheret og en diradikal dannet. I en normal kemisk polymerisationsreaktion, de dannede radikaler vil abstrahere brint til termineringsreaktioner, men:"Til vores store overraskelse, radikalerne er persistente og rekombinerede med hinanden inde i kulstofnanorørene, " skriver forfatterne. Og:"Afhængig af den indre diameter af kulstofnanorørene, de indsatte arter kan enten omdannes til de lineære kædepolymerer eller til amorft carbon." Som et resultat, strukturerne dannet i rørene på 1 nm var en polymer kæde af nanodiamondoider, som kunne visualiseres imponerende ved elektronmikroskopi.

For at sige det mere i daglig tale, de dannede carbon nanorør fyldt med nanodiamondoid polymer ligner makaroni fyldt med spaghetti. For at udvinde den indre polymer, en opløsningsfase sonikering/ekstraktion kan anvendes, gruppen rapporterer. Den store fordel ved den nye metode er enkelheden og specificiteten af ​​dannelsen af ​​den endimensionelle nanostrukturerede polymerkæde. Denne teknik vil helt sikkert tiltrække materialeforskeres opmærksomhed.