Un gruppo di ricercatori dell'Università di Nagoya, Giappone, hanno sviluppato un nuovo metodo per sintetizzare in modo rapido ed efficiente i nanografeni, un tipo di nanocarbonio con un grande potenziale come materiale di nuova generazione.

I nanografi sono le strutture parziali del grafene, che è un foglio di atomi di carbonio di circa 3 nanometri di spessore con particolare potenziale per l'uso nello sviluppo di semiconduttori, avendo mobilità degli elettroni diverse centinaia di volte migliore rispetto ai materiali di generazione attuale. Il grafene è stato isolato per la prima volta nel 2004, una scoperta che nel 2010 ha ricevuto il Premio Nobel per la fisica, rendendolo un materiale nuovissimo e attualmente oggetto di molte ricerche.

Con caratteristiche magnetiche ed elettriche superiori a quelle del grafene, i nanografeni sono ugualmente interessanti per gli scienziati nel campo della ricerca sul nanocarbonio. Il più grande ostacolo, anche se entusiasmante, affrontato dai ricercatori è il semplice numero di potenziali nanografeni. Il numero di strutture nanografene potenzialmente possibili aumenta con il numero di anelli benzenici (6 atomi di carbonio in una formazione esagonale) per realizzarli. Per esempio, anche un nanographene ad anello benzenico relativamente piccolo può avere fino a 16, 000 varianti. Poiché ogni nanografene ha caratteristiche fisiche diverse, la chiave per la ricerca applicata sul nanographene è identificare la relazione tra la struttura e le caratteristiche del maggior numero possibile di nanographene.

Così, compito degli scienziati è creare una libreria di nanografene, contenente dati sulle proprietà del maggior numero possibile di nanografeni. Però, l'attuale metodo di sintesi del nanografene, nota come reazione di accoppiamento, è un processo a più fasi che produce un singolo nanografene. Così, per creare una libreria di 100 nanografi, Dovrebbero essere eseguite 100 reazioni di accoppiamento separate. Anche questa sarebbe un'impresa significativa, rendendo praticamente impossibile la costruzione di una libreria di nanografene veramente completa.

Risolvere questo problema, il gruppo di ricerca dell'Università di Nagoya, guidato dal professor Kenichiro Itami, hanno lavorato sulla reazione APEX, una reazione che utilizza idrocarburi policiclici aromatici come modelli per sintetizzare nanografeni. Gli idrocarburi policiclici aromatici hanno tre aree della loro struttura, note come regione K, Regione M e regione della baia, che possono essere allungate in una reazione APEX, producendo tre nanografi. Questi nanografeni possono poi essere ulteriormente allungati in una seconda reazione, il che significa che un gran numero di nanografeni può essere sintetizzato da una singola molecola modello di idrocarburi policiclici aromatici.

Con il gruppo del professor Itami che ha già sviluppato la reazione APEX della regione K, e un altro gruppo di scienziati che lo ha fatto per la regione della baia, hanno rivolto la loro attenzione alla regione M. Hanno attivato la regione M usando la reazione di Diels-Alder vincitrice del premio Nobel 1950, ed è riuscito ad effettuare una reazione di allungamento sulla regione M attivata, rendendo così tutti e tre i possibili siti sugli idrocarburi policiclici aromatici in grado di sintetizzare nanografeni.

I ricercatori sono stati in grado di produrre 13 nanografeni con tre reazioni APEX, con la maggior parte di queste strutture inedite, dimostrando così sia l'efficienza che l'utilità di questo nuovo metodo.

Questo nuovo ed entusiasmante pezzo di ricerca e il suo potenziale per accelerare la creazione di librerie di nanografene è un passo verso lo sviluppo della prossima generazione di materiali, che hanno il potenziale per rivoluzionare i semiconduttori e l'energia solare e migliorare la vita in tutto il mondo.