Un team di scienziati siberiani e colleghi stranieri ha calcolato i parametri che influenzano l'intensità della reazione tra i nanotubi di carbonio e le ftalocianine, composti complessi contenenti azoto. Le costruzioni ibride basate su di esse sono considerate nuovi materiali per batterie a celle solari, sensori e dispositivi ottici. L'opera è stata pubblicata in Scienza delle superfici applicata .

Molti nuovi materiali per dispositivi fotoelettrici combinano due elementi chimici non organici e organici. Il primo può essere rappresentato dai nanotubi di carbonio, cilindri cavi con pareti esagonali con atomi di carbonio ai vertici. La parte organica può essere costituita da composti eterociclici come ftalocianine. Queste sostanze sono costituite da diversi anelli di carbonio legati con atomi di azoto e sono in grado di formare complessi con i metalli. Questa combinazione non è arbitraria:le molecole cicliche donano elettroni, e le nanostrutture di carbonio le accettano. Le transizioni continue assicurano la conduttività elettrica in un materiale fotoelettrico.

"Uno dei problemi con ibridi del genere è la bassa stabilità del legame chimico tra le parti organiche e non organiche. Di conseguenza, le ftalocianine diventano piuttosto mobili sulla superficie dei nanotubi di carbonio. Questo è uno svantaggio, come in questo caso, alcune proprietà non sono attribuite al materiale in modo omogeneo, " disse Pavel Krasnov, un ricercatore associato presso l'Istituto per le nanotecnologie, spettroscopia, e chimica quantistica, Università Federale Siberiana.

Nel corso dei lavori, gli scienziati hanno considerato la dipendenza della stabilità del legame nanotubi-ftalocianine da una serie di parametri, come diametro e forma della nanostruttura di carbonio, natura del metallo che forma un complesso con la componente organica, e così via. Come risultato della modellazione quantomeccanica, i ricercatori hanno scoperto quali parametri dovrebbero essere modificati e come aumentare al massimo la stabilità del legame.

I chimici hanno scoperto che la posizione di una molecola di ftalocianina rispetto a un tubo era un fattore importante. Il legame più forte è stato osservato quando una molecola organica a forma di croce ha "abbracciato" il cilindro, come un bradipo che abbraccia un grosso ramo. Anche il tipo di metallo che forma un complesso con la ftalocianina gioca un ruolo importante:nell'intervallo cobalto-zinco-rame la forza del legame diminuisce. Un'altra relazione interessante è stata scoperta tra l'orientamento della griglia di esagoni e la sua dimensione. Per i nanotubi con diametro inferiore a 10,5 (un angstrom è 10-10 m), il legame più stabile si forma nel caso di una configurazione a "poltrona" quando le connessioni degli esagoni della griglia che sono perpendicolari all'asse del tubo sono a forma di sedia. In caso di diametro maggiore, la forma più vantaggiosa è "zigzag".

"Le relazioni scoperte aiuteranno a creare nanostrutture ibride target con la più alta capacità di legame tra nanotubi di carbonio e ftalocianine. Questi materiali possono essere utilizzati in molte aree, ma il loro scopo principale è la fotoelettronica, " conclude Pavel Krasnov.