En ny og effektiv måde at skabe nanografen til strøm- og displayenheder

Nanografen er et materiale, der radikalt kan forbedre solceller, brændstofceller, LED'er og mere. Typisk, syntesen af ​​dette materiale har været upræcis og svær at kontrollere. For første gang, forskere har opdaget en enkel måde at få præcis kontrol over fremstillingen af ​​nanografen. Derved, de har kastet lys over de tidligere uklare kemiske processer involveret i nanografenproduktion.

grafen, et-atom-tykke plader af kulstofmolekyler, kunne revolutionere fremtidens teknologi. Enheder af grafen er kendt som nanografen; disse er skræddersyet til specifikke funktioner, og som sådan, deres fremstillingsproces er mere kompliceret end generisk grafen. Nanografen fremstilles ved selektivt at fjerne brintatomer fra organiske molekyler af kulstof og brint, en proces kaldet dehydrogenering.

"Dehydrogenering finder sted på en metaloverflade som sølv, guld eller kobber, som fungerer som en katalysator, et materiale, der muliggør eller fremskynder en reaktion, " sagde adjunkt Akitoshi Shiotari fra Institut for Avanceret Materialevidenskab. "Men, denne overflade er stor i forhold til de organiske målmolekyler. Dette bidrager til vanskeligheden ved at fremstille specifikke nanografenformationer. Vi havde brug for en bedre forståelse af den katalytiske proces og en mere præcis måde at kontrollere den på."

Shiotari og hans hold, gennem at udforske forskellige måder at udføre nanografensyntese på, kom frem til en metode, der giver den nødvendige præcise kontrol, og som også er meget effektiv. De brugte en specialiseret slags mikroskop kaldet et atomkraftmikroskop (AFM), som måler detaljer om molekyler med en nanoskopisk nållignende sonde. Denne sonde kan ikke kun bruges til at detektere visse karakteristika ved individuelle atomer, men også at manipulere dem.

"Vi opdagede, at AFM's metalsonde kunne bryde kulstof-hydrogenbindinger i organiske molekyler, " sagde Shiotari. "Det kunne den gøre meget præcist, da dens spids er så lille, og det kunne bryde bindinger uden behov for termisk energi. Det betyder, at vi nu kan fremstille nanografenkomponenter på en mere kontrolleret måde end nogensinde før."

For at bekræfte, hvad de så, holdet gentog processen med en række organiske forbindelser, især to molekyler med meget forskellige strukturer kaldet benzonoider og nonbenzonoider. Dette viser, at den pågældende AFM-sonde er i stand til at trække brintatomer fra forskellige slags materialer. En sådan detalje er vigtig, hvis denne metode skal skaleres op til et kommercielt produktionsmiddel.

"Jeg forestiller mig, at denne teknik kunne være den ultimative måde at skabe funktionelle nanomolekyler fra bunden og op, " sagde Shiotari. "Vi kan bruge en AFM til at anvende andre stimuli til målmolekyler, såsom indsprøjtning af elektroner, elektroniske felter eller frastødende kræfter. Det er spændende at kunne se, kontrollere og manipulere strukturer på sådan en utrolig lille skala."