En skabelon til hurtig syntese af nanografener

En gruppe forskere ved Nagoya University, Japan, har udviklet en ny metode til hurtigt og effektivt at syntetisere nanografener, en type nanocarbon med stort potentiale som næste generations materiale.

Nanografener er delstrukturerne af grafen, som er et ark af kulstofatomer omkring 3 nanometer tykt med særligt potentiale til brug i halvlederudvikling, har elektronmobilitet flere hundrede gange bedre end nuværende generationsmaterialer. Grafen blev først isoleret i 2004, en opdagelse, der modtog Nobelprisen i fysik i 2010, gør det til et meget nyt materiale og i øjeblikket genstand for en del forskning.

Med magnetiske og elektriske egenskaber ud over grafenens, nanografener er lige så interessante for forskere inden for nanocarbonforskningsområdet. Den største hindring, omend spændende, Forskere står over for, er det store antal potentielle nanografener. Antallet af potentielt mulige nanografenstrukturer stiger med antallet af benzenringe (6 carbonatomer i en sekskantet formation) for at lave dem. For eksempel, selv en relativt lille 10 benzenring nanografen kan have op til 16, 000 varianter. Da hver nanografen har forskellige fysiske egenskaber, nøglen til anvendt nanografenforskning er at identificere forholdet mellem strukturen og egenskaberne af så mange nanografener som muligt.

Dermed, videnskabsmænds opgave er at skabe et nanografenbibliotek, indeholdende data om egenskaberne af så mange nanografener som muligt. Imidlertid, den nuværende metode til nanografensyntese, kendt som en koblingsreaktion, er en flertrinsproces, der producerer en enkelt nanografen. Dermed, at skabe et 100-nanographene bibliotek, 100 separate koblingsreaktioner skulle udføres. Selv dette ville være et betydeligt foretagende, gør konstruktionen af ​​et virkelig omfattende nanografenbibliotek praktisk talt umuligt.

For at løse dette problem, forskningsgruppen Nagoya University, ledet af professor Kenichiro Itami, har arbejdet på APEX-reaktionen, en reaktion, der bruger polycykliske aromatiske kulbrinter som skabeloner til at syntetisere nanografener. Polycykliske aromatiske kulbrinter har tre områder af deres struktur - kendt som K-regionen, M-region og bugtregion - som kan forlænges i en APEX-reaktion, producerer tre nanografener. Disse nanografener kan derefter forlænges yderligere i en anden reaktion, hvilket betyder, at et stort antal nanografener kan syntetiseres fra et enkelt polycyklisk aromatisk carbonhydrid-templatemolekyle.

Da professor Itamis gruppe allerede har udviklet K-regionens APEX-reaktion, og en anden gruppe videnskabsmænd har gjort det for bugtregionen, de rettede deres opmærksomhed mod M-regionen. De aktiverede M-regionen ved hjælp af den 1950-nobelprisvindende Diels-Alder-reaktion, og lykkedes med at udføre en forlængelsesreaktion på den aktiverede M-region, hvilket gør alle tre mulige steder på de polycykliske aromatiske carbonhydrider i stand til at syntetisere nanografener.

Forskerne var i stand til at producere 13 nanografener med tre APEX-reaktioner, hvor de fleste af disse er tidligere usete strukturer, dermed beviser både effektiviteten og anvendeligheden af ​​denne nye metode.

Dette spændende nye stykke forskning og dets potentiale til at fremskynde skabelsen af ​​nanografenbiblioteker er et skridt mod udviklingen af ​​den næste generation af materialer, som har potentialet til at revolutionere halvledere og solenergi og forbedre liv over hele verden.