Il nanographene è un materiale che potrebbe migliorare radicalmente le celle solari, celle a combustibile, LED e altro. Tipicamente, la sintesi di questo materiale è stata imprecisa e difficile da controllare. Per la prima volta, i ricercatori hanno scoperto un modo semplice per ottenere un controllo preciso sulla fabbricazione del nanografene. Così facendo, hanno fatto luce sui processi chimici precedentemente poco chiari coinvolti nella produzione di nanografene.

Grafene, fogli dello spessore di un atomo di molecole di carbonio, potrebbe rivoluzionare la tecnologia futura. Le unità di grafene sono note come nanografene; questi sono adattati a funzioni specifiche, e come tale, il loro processo di fabbricazione è più complicato di quello del grafene generico. Il nanographene viene prodotto rimuovendo selettivamente gli atomi di idrogeno dalle molecole organiche di carbonio e idrogeno, un processo chiamato deidrogenazione.

"La deidrogenazione avviene su una superficie metallica come quella dell'argento, oro o rame, che agisce da catalizzatore, un materiale che consente o accelera una reazione, ", ha affermato l'assistente professore Akitoshi Shiotari del Dipartimento di Scienze avanzate dei materiali. "Tuttavia, questa superficie è grande rispetto alle molecole organiche bersaglio. Ciò contribuisce alla difficoltà di creare formazioni di nanografene specifiche. Avevamo bisogno di una migliore comprensione del processo catalitico e di un modo più preciso per controllarlo".

Shiotari e la sua squadra, esplorando vari modi per eseguire la sintesi del nanografene, ha ideato un metodo che offre il controllo preciso necessario ed è anche molto efficiente. Hanno usato un tipo specializzato di microscopio chiamato microscopio a forza atomica (AFM), che misura i dettagli delle molecole con una sonda aghiforme nanoscopica. Questa sonda può essere utilizzata non solo per rilevare determinate caratteristiche dei singoli atomi, ma anche per manipolarli.

"Abbiamo scoperto che la sonda metallica dell'AFM potrebbe rompere i legami carbonio-idrogeno nelle molecole organiche, " disse Shiotari. "Potrebbe farlo in modo molto preciso dato che la sua punta è così piccola, e potrebbe rompere i legami senza bisogno di energia termica. Ciò significa che ora possiamo fabbricare componenti in nanografene in un modo più controllato che mai".

Per verificare ciò che stavano vedendo, il team ha ripetuto il processo con una varietà di composti organici, in particolare due molecole con strutture molto diverse chiamate benzonoidi e non benzonoidi. Ciò dimostra che la sonda AFM in questione è in grado di estrarre atomi di idrogeno da diversi tipi di materiali. Un tale dettaglio è importante se questo metodo deve essere trasformato in un mezzo di produzione commerciale.

"Prevedo che questa tecnica potrebbe essere il modo migliore per creare nanomolecole funzionali dal basso verso l'alto, " ha detto Shiotari. "Possiamo usare un AFM per applicare altri stimoli a molecole bersaglio, come l'iniezione di elettroni, campi elettronici o forze repulsive. È emozionante poter vedere, controllare e manipolare strutture su una scala così incredibilmente minuscola".