Een team van Siberische wetenschappers en buitenlandse collega's berekende de parameters die de intensiteit van de reactie tussen koolstofnanobuisjes en ftalocyanines, complexe stikstofhoudende verbindingen, beïnvloeden. Hybride constructies op basis daarvan worden beschouwd als nieuwe materialen voor zonnecelbatterijen, sensoren en optische apparaten. Het werk is gepubliceerd in Toegepaste oppervlaktewetenschap .

Veel nieuwe materialen voor foto-elektrische apparaten combineren twee niet-organische en organische chemische elementen. De eerste kan worden weergegeven door koolstofnanobuisjes - holle cilinders met wanden gemaakt van zeshoeken met koolstofatomen op hoekpunten. Het organische deel kan bestaan ​​uit heterocyclische verbindingen zoals ftalocyanines. Deze stoffen bestaan ​​uit meerdere koolstofringen gebonden met stikstofatomen en kunnen complexen vormen met metalen. Deze combinatie is niet willekeurig:cyclische moleculen doneren elektronen, en koolstof nanostructuren accepteren ze. Continue overgangen zorgen voor elektrische geleidbaarheid in een foto-elektrisch materiaal.

"Een van de problemen met dergelijke hybriden is de lage stabiliteit van de chemische binding tussen de organische en niet-organische delen. ftalocyanines worden behoorlijk mobiel op het oppervlak van koolstofnanobuisjes. Dit is een nadeel, zoals in dit geval, bepaalde eigenschappen worden niet homogeen aan het materiaal toegeschreven, " zei Pavel Krasnov, een senior onderzoeksmedewerker bij het Institute for Nanotechnologies, spectroscopie, en kwantumchemie, Siberische Federale Universiteit.

In de loop van het werk, de wetenschappers beschouwden de afhankelijkheid van de bindingsstabiliteit van nanobuisjes en ftalocyanines van een aantal parameters, zoals diameter en vorm van de koolstofnanostructuur, aard van het metaal dat een complex vormt met de organische component, enzovoort. Als resultaat van de kwantummechanische modellering, de onderzoekers ontdekten welke parameters veranderd moesten worden en hoe de bindingsstabiliteit maximaal kon worden verhoogd.

De chemici ontdekten dat de positie van een ftalocyaninemolecuul ten opzichte van een buis een belangrijke factor was. De sterkste binding werd waargenomen toen een kruisvormig organisch molecuul de cilinder "omhelsde", als een luiaard die een dikke tak omhelst. Ook het type metaal dat een complex vormt met ftalocyanine speelt een belangrijke rol:in het kobalt-zink-koperbereik neemt de hechtsterkte af. Een andere interessante relatie werd ontdekt tussen de oriëntatie van het raster van zeshoeken en de grootte ervan. Voor nanobuisjes met een diameter van minder dan 10,5 (één angstrom is 10-10 m), de meest stabiele verbinding wordt gevormd in het geval van een "fauteuil"-configuratie wanneer de verbindingen van zeshoeken in het rooster die loodrecht op de as van de buis staan, stoelvormig zijn. Bij grotere diameter, de meest voordelige vorm is "zigzag".

"De ontdekte relaties zullen helpen om hybride doelwitnanostructuren te creëren met de hoogste bindingscapaciteit tussen koolstofnanobuizen en ftalocyanines. Deze materialen kunnen in veel gebieden worden gebruikt, maar hun hoofddoel is foto-elektronica, " besluit Pavel Krasnov.