Een groep onderzoekers van de Universiteit van Nagoya, Japan, hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het snel en efficiënt synthetiseren van nanografenen, een soort nanokoolstof met een groot potentieel als materiaal van de volgende generatie.

Nanografenen zijn de deelstructuren van grafeen, dat is een vel koolstofatomen van ongeveer 3 nanometer dik met een bijzonder potentieel voor gebruik in de ontwikkeling van halfgeleiders, met elektronenmobiliteit die honderden keren beter is dan materialen van de huidige generatie. Grafeen werd voor het eerst geïsoleerd in 2004, een ontdekking die in 2010 de Nobelprijs voor natuurkunde ontving, waardoor het een heel nieuw materiaal is en momenteel het onderwerp is van veel onderzoek.

Met magnetische en elektrische eigenschappen die verder gaan dan die van grafeen, nanografenen zijn even interessant voor wetenschappers op het gebied van nanokoolstofonderzoek. Het grootste obstakel, ook al is het een spannende, waarmee onderzoekers geconfronteerd worden, is het enorme aantal potentiële nanografenen. Het aantal potentieel mogelijke nanografeenstructuren neemt toe met het aantal benzeenringen (6 koolstofatomen in een hexagonale formatie) om ze te maken. Bijvoorbeeld, zelfs een relatief kleine 10 benzeenring nanografeen kan tot 16 hebben, 000 varianten. Omdat elk nanograafeen verschillende fysieke kenmerken heeft, de sleutel tot toegepast nanografeenonderzoek is het identificeren van de relatie tussen de structuur en kenmerken van zoveel mogelijk nanografenen.

Dus, de taak van wetenschappers is om een ​​nanograafenbibliotheek te creëren, met gegevens over de eigenschappen van zoveel mogelijk nanografenen. Echter, de huidige methode van nanograafeensynthese, bekend als een koppelingsreactie, is een meerstapsproces dat één nanograafeen produceert. Dus, om een ​​bibliotheek van 100 nanografen te creëren, Er zouden 100 afzonderlijke koppelingsreacties moeten worden uitgevoerd. Zelfs dit zou een aanzienlijke onderneming zijn, waardoor de constructie van een werkelijk uitgebreide nanograafbibliotheek praktisch onmogelijk wordt.

Om dit probleem op te lossen, de onderzoeksgroep van de Universiteit van Nagoya, onder leiding van professor Kenichiro Itami, hebben gewerkt aan de APEX-reactie, een reactie die polycyclische aromatische koolwaterstoffen gebruikt als sjablonen om nanografenen te synthetiseren. Polycyclische aromatische koolwaterstoffen hebben drie gebieden van hun structuur, bekend als het K-gebied, M-regio en bay-regio - die kan worden verlengd in een APEX-reactie, produceren van drie nanografenen. Deze nanografenen kunnen dan verder worden verlengd in een tweede reactie, wat betekent dat een groot aantal nanografenen kan worden gesynthetiseerd uit een enkel polycyclisch aromatisch koolwaterstofsjabloonmolecuul.

Nu de groep van professor Itami de K-regio APEX-reactie al heeft ontwikkeld, en een andere groep wetenschappers die dit voor de baai hebben gedaan, ze richtten hun aandacht op de M-regio. Ze activeerden de M-regio met behulp van de Diels-Alder-reactie die in 1950 de Nobelprijs won, en slaagde erin een verlengingsreactie uit te voeren op het geactiveerde M-gebied, waardoor alle drie mogelijke plaatsen op de polycyclische aromatische koolwaterstoffen in staat zijn om nanografenen te synthetiseren.

De onderzoekers waren in staat om 13 nanografenen te produceren met drie APEX-reacties, met de meeste van deze voorheen onzichtbare structuren, waarmee zowel de efficiëntie als het nut van deze nieuwe methode wordt bewezen.

Dit opwindende nieuwe stuk onderzoek en zijn potentieel om de creatie van nanografeenbibliotheken te versnellen, is een stap in de richting van de ontwikkeling van de volgende generatie materialen, die het potentieel hebben om een ​​revolutie teweeg te brengen in halfgeleiders en zonne-energie en levens over de hele wereld te verbeteren.