Grafenindkapsling giver et hidtil uset overblik over diffusionen og rotationen af ​​fullerenmolekyler

Kulstof er et af de mest alsidige grundstoffer:det danner grundlaget for et enormt antal kemiske forbindelser, den har flere allotroper af forskellig dimensionalitet, og den udviser mange forskellige bindingsgeometrier. Af denne grund, kulstofmaterialer har længe haft en særlig plads i materialeforskningen. Selvom de tredimensionelle former for kulstof - diamant og grafit - er kendt siden oldtiden, det tog indtil 1985 før den første lavdimensionelle kulstofallotrop, den kvasi-nuldimensionelle fulleren, blev opdaget. Kort efter dette, i 1991, de endimensionelle kulstof nanorør blev gjort opmærksom på det videnskabelige samfund, og i 2004 den todimensionelle kulstofallotrop, grafen, blev eksperimentel virkelighed. Forskellige kombinationer af carbonallotroper såsom fullerenfyldte carbonnanorør (carbonpeapods) og grafit indskudt af fullerener er allerede blevet lavet.

I artiklen offentliggjort i Videnskabens fremskridt , forskerne ved universitetet i Wien demonstrerer et hybridt kulstofsystem, kaldet buckyball sandwich, hvor et enkelt lag fullerener er indkapslet mellem to grafenark (illustration 1). Analysen af ​​strukturen via atomisk opløst scanningstransmissionselektronmikroskopi gav indsigt i molekylernes dynamik. Ved kanterne af fullerenlagene, forskerne kunne observere spredningen af ​​individuelle fullerener i lommen på grafensandwichen (illustration 2):På grund af bevægelsen af ​​fullerenerne, de er kun delvist synlige på billedet (optaget linje for linje, så mobile fullerener kun optræder på nogle af linjerne). I øvrigt, Fullerener viste sig at rotere inde i sandwichen - men denne rotation blev blokeret, da fullerenerne smeltede sammen til større objekter på grund af udvidet elektronbestråling.

Med fulleren-grafen systemet, forskerne har skabt et nyt materiale, der udfylder et hul i de tilgængelige kombinationer af hybride kulstof-heterostrukturer. Grafensandwichen giver et reaktionskammer i nanoskala og en ren grænseflade til mikroskopvakuumet, der tillader observation af molekylær dynamik i transmissionselektronmikroskopet. Derfor forventer forskerne, at dette arbejde også åbner mange nye veje til at studere strukturen og dynamikken af ​​molekyler, der på samme måde er indkapslet i 2D-rummet mellem grafenplader.