(PhysOrg.com) -- Een internationaal onderzoeksteam heeft een nieuwe methode ontdekt om gordels van grafeen te produceren, nanoribbons genaamd. Door waterstof te gebruiken, ze zijn erin geslaagd om enkelwandige koolstofnanobuisjes open te ritsen. De methode opent ook de weg voor het produceren van nanoribbons van grafaan, een aangepaste en veelbelovende versie van grafeen.

Een dunne vlok gewone koolstof, slechts één atoom dik, vorig jaar wereldberoemd geworden. De ontdekking van het supermateriaal grafeen leverde Andre Geim en Konstantin Novoselov de Nobelprijs voor Natuurkunde 2010 op. Grafeen heeft een breed scala aan ongewone en zeer interessante eigenschappen. Als geleider van elektriciteit presteert het even goed als koper. Als warmtegeleider presteert het beter dan alle andere bekende materialen.

Er zijn mogelijkheden om sterke variaties van de grafeeneigenschappen te bereiken, bijvoorbeeld door grafeen te maken in de vorm van banden met verschillende breedtes, zogenaamde nanolinten. Nanoribbons werden twee jaar geleden voor het eerst gemaakt. Een methode om ze te produceren is om uit te gaan van koolstofnanobuisjes en zuurstofbehandeling te gebruiken om ze uit te pakken tot nanolinten. Echter, deze methode laat zuurstofatomen achter op de randen van nanolinten, wat niet altijd wenselijk is.

In de nieuwe studie laat het onderzoeksteam zien dat het ook mogelijk is om enkelwandige koolstofnanobuisjes open te ritsen door middel van een reactie met moleculaire waterstof. Nanolinten die met de nieuwe methode worden geproduceerd, hebben waterstof aan de randen en dit kan voor sommige toepassingen een voordeel zijn. Alexandr Talyzin, natuurkundige aan de Umea Universiteit in Zweden, heeft de afgelopen tien jaar bestudeerd hoe waterstof reageert met fullerenen, die voetbalvormige koolstofmoleculen zijn.

“Het behandelen van de koolstofnanobuisjes met waterstof was een logisch vervolg op ons onderzoek. Onze eerdere ervaring is een grote hulp geweest bij dit werk, ', zegt Alexandr Talyzin.
Nanobuisjes worden meestal gesloten door halfbolvormige kopjes, in wezen helften van fullereen moleculen. De onderzoekers hebben eerder bewezen dat fullereenmoleculen volledig vernietigd kunnen worden door zeer sterke hydrogenering. Daarom, ze verwachtten vergelijkbare resultaten voor eindbekers van nanobuisjes en probeerden de nanobuisjes te openen door middel van hydrogenering. Het effect werd inderdaad bevestigd en ze wisten ook enkele andere opwindende effecten te onthullen.

De meest interessante ontdekking was dat sommige koolstofnanobuisjes werden uitgepakt in grafeen nanolinten als gevolg van langdurige waterstofbehandeling. Wat nog spannender is:het openritsen van nanobuisjes met waterstof aan de zijwanden kan mogelijk leiden tot de synthese van gehydrogeneerd grafeen:grafaan. Tot dusver, grafaan werd geprobeerd meestal te worden gesynthetiseerd door reactie van waterstof met grafeen. Dit bleek erg moeilijk te zijn, vooral als het grafeen op een substraat wordt ondersteund en er maar één kant beschikbaar is voor de reactie. Echter, waterstof reageert veel gemakkelijker met het gekromde oppervlak van koolstofnanobuisjes.

“Ons nieuwe idee is om gehydrogeneerde nanobuisjes te gebruiken en ze uit te pakken tot grafaan nanoribbons. Tot dusver, alleen de eerste stap naar grafaan-nanoribbonsynthese is gezet en er is nog veel meer werk nodig om onze aanpak effectief te maken, ” legt Alexandr Talyzin uit. “Gecombineerde ervaring en expertise van verschillende groepen aan verschillende universiteiten, was een sleutel tot succes.”

Ilya V. Anoshkin, Albert G. Nasibulin, Jiang Hua en Esko I. Kauppinen van de Aalto University zijn experts in de synthese en karakterisering van enkelwandige koolstofnanobuizen. Valery M. Mikoushkin, Vladimir V. Shnitov en Dmitry E. Marchenko uit St. Petersburg maakten XPS en andere karakteriseringen met behulp van synchrotronstraling. Dag Noréus van de Universiteit van Stockholm deelde zijn expertise met waterstofreactoren op hoge temperatuur.