(PhysOrg.com) -- Quella che sembra una palla spugnosa avvolta in fili di filo -- ma molto più piccola -- potrebbe essere la chiave per sbloccare metodi migliori per la catalisi, fotosintesi artificiale o scissione dell'acqua in idrogeno, secondo i chimici della Rice University che hanno creato una piattaforma per analizzare le interazioni tra i nanotubi di carbonio e un'ampia gamma di materiali fotoluminescenti.

Le microscopiche particelle assemblate nel laboratorio di Angel Martí, un assistente professore di chimica e bioingegneria, combinare nanotubi di carbonio a parete singola con materiali porosi di silicato in grado di assorbire varie molecole - in questo caso, un complesso di rutenio.

Martì, studente laureato e autore principale Avishek Saha e i loro colleghi hanno riportato i loro risultati oggi sulla rivista della Royal Society of Chemistry Scienza chimica.

La capacità di immobilizzare singoli nanotubi di carbonio su una superficie solida è abbastanza interessante, ma combinare sistemi supramolecolari con nanomateriali per produrre ibridi è unico, loro hanno detto.

"Questo può essere usato come piattaforma generale per studiare l'interazione non solo dei complessi di rutenio, ma la maggior parte delle molecole fotoattive può essere incapsulata all'interno di questi silicati porosi in un modo molto semplice senza modifiche chimiche, senza niente, " ha detto Marti.

Saha ha sopportato tentativi ed errori ad ogni passo nel portare a compimento le nuove particelle, prima di capire il modo migliore per mantenere a lungo, nanotubi di carbonio a parete singola prodotti dal processo HiPco nato dal riso dall'aggregazione in fasci consentendo loro di aderire alle particelle.

La soluzione suggerita dal coautore Matteo Pasquali, un professore di Rice in ingegneria chimica e biomolecolare e in chimica, coinvolto dissolvendo i fasci in acido clorosolfonico, che ha aggiunto protoni - e quindi una carica positiva - a ciascun nanotubo.

Questa è stata la chiave per rendere i nanotubi attraenti per i tre tipi di particelle di silicato testati:una versione commerciale di MCM-41, un materiale mesoporoso utilizzato come setaccio molecolare; un'altra versione di MCM-41 sintetizzata al Rice da Saha, e microporosa Zeolyte-Y.

"Non comprendiamo appieno il meccanismo, ma la verità è che hanno un'affinità molto forte con le reti di ossido di silicio, " disse Marti, descrivendo le particelle avvolte da nanotubi. "Una volta protonate, si legano semplicemente".

Ma questo non è stato sufficiente per creare una piattaforma adeguata perché le nanoparticelle protonate non sono più fotoluminescenti, una qualità richiesta dai ricercatori per "vedere" strutture così minuscole sotto uno spettroscopio. "I nanotubi protonati sono fantastici, ma vogliamo avere nanotubi incontaminati, " disse Martì.

"Siamo rimasti bloccati lì per un po'. Abbiamo provato un sacco di cose, " disse. Acetone, ammoniaca, cloroformio e altre sostanze deprotonate i nanotubi, ma li libererebbe anche dalle spugne di silicato e permetterebbe loro di aggregarsi. Ma il vinilpirrolidone (VP) ha funzionato dando ai nanotubi un rivestimento simile a un polimero mentre li riportava al loro stato originario.

"Questo diventa interessante non solo dal punto di vista di ottenere nanotubi individualizzati su una superficie, ma anche perché abbiamo ottenuto la fluorescenza dei nanotubi non da una soluzione, ma da un materiale solido, " disse Martì.

L'esperimento ha compiuto un ulteriore passo fondamentale quando i ricercatori hanno introdotto molecole di rutenio nel mix. I silicati hanno assorbito le molecole di rutenio, mettendoli in stretta vicinanza con una serie di nanotubi. Sotto uno spettroscopio, i complessi di rutenio fotoluminerebbero, ma hanno visto qualcosa di inaspettato nell'interazione.

"Fondamentalmente, abbiamo scoperto che se ci metti una specie fotoattiva (rutenio) e la ecciti con la luce, avvengono due processi diversi. Se ha nanotubi di carbonio nelle vicinanze, trasferirà un elettrone ai nanotubi. C'è un trasferimento di addebito, e sapevamo che sarebbe successo, " Martí ha detto. "Quello che non ci aspettavamo quando abbiamo analizzato lo spettro è stato vedere due diverse specie di complessi di rutenio, uno con una durata della fotoluminescenza molto breve e uno molto lungo."

I ricercatori hanno teorizzato che il rutenio al centro della spugna fosse troppo lontano dai nanotubi per trasferire elettroni, quindi ha mantenuto la sua luminescenza standard.

La ricerca porta ad alcune interessanti possibilità per la scienza dei materiali, ha detto Saha. "MCM stesso ha molte applicazioni (come setaccio mesoporoso nelle raffinerie di combustibili, ad esempio), e i nanotubi di carbonio sono materiali meravigliosi a cui molte persone sono interessate. Stiamo semplicemente combinando questi due in un materiale ibrido che potrebbe avere le virtù di entrambi".

Mentre le dimensioni dei pori nelle zeoliti sono bloccate dalla loro struttura cristallina a 0,7 nanometri, i pori in MCM possono essere personalizzati, come ha fatto Saha, per assorbire materiali specifici. "Ci sono molte cose che possiamo fare per mettere a punto il sistema che non abbiamo esplorato, " ha detto; combinare molecole metalliche o anche punti quantici con MCM e nanotubi potrebbe portare a risultati interessanti.

Martí ha detto che mettere nanotubi carichi sulla superficie di un solido apre anche la porta per usarli come catalizzatori nella conversione dell'energia solare. "Hai bisogno di quella forza trainante, quella separazione di carica, per la fotosintesi artificiale, " Egli ha detto.