(PhysOrg.com) -- Un team di ricercatori che coinvolge scienziati dell'Università di Nottingham ha dimostrato per la prima volta che le reazioni chimiche a livello nano che modificano la struttura dei nanotubi di carbonio possono essere innescate da un "attacco" dall'interno.

La scoperta sfida il precedente pensiero scientifico secondo cui la superficie interna delle nanostrutture cave è chimicamente non reattiva, limitandone largamente l'uso a quello di un contenitore inerte o di un “nano-reattore” all'interno del quale possono avvenire altre reazioni chimiche.

La loro ricerca, pubblicato sulla rivista Chimica della natura , mostra che i nanotubi di carbonio le cui strutture sono state modificate sono nuovi materiali interessanti che potrebbero essere utili nello sviluppo di nuove tecnologie per i dispositivi di stoccaggio del gas, sensori chimici e parti di dispositivi elettronici come i transistor.

Dottor Andrei Khlobystov, della Facoltà di Chimica dell'Università, che ha guidato i lavori a Nottingham, ha dichiarato:“Da qualche tempo è universalmente accettato che la superficie interna dei nanotubi di carbonio – o il lato concavo – sia chimicamente non reattiva, e infatti abbiamo utilizzato con successo i nanotubi di carbonio come nano-reattori.

“Tuttavia, nel corso di questa nuova ricerca abbiamo fatto la fortuita scoperta che in presenza di metalli di transizione cataliticamente attivi all'interno della cavità del nanotubo, il nanotubo stesso può essere coinvolto in reazioni chimiche impreviste”.

I nanotubi di carbonio sono notevoli nanostrutture con un diametro tipico di 1-2 nanometri, che è 80, 000 volte più piccolo dello spessore di un capello umano. Il dottor Khlobystov e i suoi colleghi di ricerca sono stati recentemente coinvolti nella scoperta, pubblicata su Nature Materials, che i nanotubi possono essere utilizzati come catalizzatore per la produzione di nanonastri, strisce atomicamente sottili di carbonio create da atomi di carbonio e zolfo. Questi nanonastri potrebbero essere utilizzati come nuovi materiali per la prossima generazione di computer e dispositivi di archiviazione dati più veloci, più piccolo e potente.

In quest'ultima ricerca, gli scienziati hanno scoperto che un singolo atomo di Renio metallico (Re) innesca una reazione chimica che porta alla trasformazione della parete interna del nanotubo. Inizialmente, l'attacco del Renio crea un piccolo difetto nella parete del nanotubo che poi si sviluppa gradualmente in una sporgenza di dimensioni nanometriche "mangiando" ulteriori atomi di carbonio.

La sporgenza poi aumenta rapidamente di dimensioni e si chiude da sola, formando una struttura in carbonio unica soprannominata NanoBud, così chiamato perché la sporgenza sul nanotubo di carbonio ricorda una gemma su uno stelo.

In precedenza, Si credeva che i nanoBud si formassero all'esterno del nanotubo attraverso reazioni sulla superficie esterna con molecole di carbonio chiamate fullereni.

Il nuovo studio dimostra per la prima volta che possono essere formati dall'interno, a condizione che all'interno del nanotubo sia presente un atomo di metallo di transizione con attività catalitica adeguata.

In collaborazione con il gruppo Electron Microscopy of Materials Science presso l'Università di Ulm in Germania, gli scienziati sono stati persino in grado di catturare "on camera" la reazione chimica dell'atomo di metallo di transizione con il nanotubo in tempo reale a livello atomico utilizzando l'ultima microscopia elettronica a trasmissione ad alta risoluzione con correzione dell'aberrazione (AC-HRTEM). I loro video mostrano nanotubi con un diametro di circa 1,5 nanometri, mentre i NanoBud hanno solo 1 nanometro di diametro.