A causa delle loro proprietà uniche, i nanotubi di carbonio a parete singola sono stati suggeriti come un materiale promettente per l'elettronica, ottica e in altri campi della scienza dei materiali. Quando gli scienziati dell'Università di Umea e dell'Università di Aalto hanno cercato di eseguire una reazione tra il gas idrogeno e le molecole di fullerene incapsulate nei nanotubi, qualcosa di molto improbabile è apparso improvvisamente possibile.
"La chimica su scala nanometrica spesso sembra essere diversa rispetto alla chimica su scala normale e i nanotubi di carbonio forniscono le condizioni ideali per gli studi sulle reazioni nel nanospazio, "dice Aleksandr Talizin, docente presso il Dipartimento di Fisica, Università di Umeå.
L'approccio standard per effettuare recazioni chimiche all'interno di nanotubi di carbonio a parete singola, SWNT, è riempire lo spazio interno con molecole (es. fullereni, formando così i cosiddetti peapods) e farli reagire tra loro.
Le pareti dei nanotubi proteggeranno quindi le molecole incapsulate dallo spazio esterno e renderanno impossibili le reazioni con molecole e atomi all'esterno del tubo. Una volta che gli SWNT sono riempiti con C 60 molecole non c'è abbastanza spazio per far entrare le molecole di idrogeno. Questa era l'opinione comune quando i gruppi di ricerca hanno iniziato i loro esperimenti qualche anno fa.
Ma i loro esperimenti non lasciano dubbi, l'idrogeno effettivamente penetra nei baccelli e reagisce con i fullereni. L'evidenza è piuttosto diretta, quando la temperatura e la pressione di idrogenazione vengono portate a valori estremi la gabbia del fullerene collassa completamente e si formano grosse molecole di idrogeno. Ciò è stato confermato sia dalla spettroscopia Raman che dal TEM ad alta risoluzione.
Lo studio fornisce un ulteriore esempio del fatto che le reazioni chimiche nei nanoreattori non sono sempre le stesse delle condizioni "normali". Nella struttura tridimensionale le molecole possono reagire con i loro vicini in tutte le direzioni possibili, su, fuori uso, Giusto, sinistra ecc.
"All'interno dei nanotubi di carbonio la molecola di fullerene ha solo due vicini, diciamo a destra e a sinistra. Allo stesso modo, anche la reazione con l'idrogeno è limitata ad una dimensione, "dice Aleksandr Talizin.
Un grande vantaggio è che anche singole molecole all'interno di SWNT possono essere osservate utilizzando la microscopia elettronica ad alta risoluzione, qualcosa di estremamente difficile per le polveri sfuse, Aggiunge. Le immagini di alta qualità raccolte presso l'Università di Aalto hanno permesso agli scienziati di osservare non solo il collasso del C60 indotto dall'idrogeno, ma anche coalescenza di molecole in polimeri a catena e tubuli.
"Ciò che abbiamo appreso è un risultato piuttosto generale per la nanochimica. Ora abbiamo prove dirette che le molecole all'interno degli SWNt possono essere reagite con i gas. Apre enormi possibilità per la sintesi di nuovi materiali ibridi e la modifica chimica di molecole e materiali incapsulati, "dice Aleksandr Talizin.
