Une équipe de scientifiques sibériens et de collègues étrangers a calculé les paramètres qui influencent l'intensité de la réaction entre les nanotubes de carbone et les phtalocyanines, des composés azotés complexes. Les constructions hybrides basées sur celles-ci sont considérées comme de nouveaux matériaux pour les batteries de cellules solaires, capteurs et dispositifs optiques. L'ouvrage a été publié en Sciences appliquées des surfaces .

De nombreux nouveaux matériaux pour les dispositifs photoélectriques combinent deux éléments chimiques non organiques et organiques. Le premier peut être représenté par des nanotubes de carbone - des cylindres creux avec des parois constituées d'hexagones avec des atomes de carbone aux sommets. La partie organique peut être constituée de composés hétérocycliques tels que les phtalocyanines. Ces substances sont constituées de plusieurs cycles de carbone liés à des atomes d'azote et sont capables de former des complexes avec des métaux. Cette combinaison n'est pas arbitraire :les molécules cycliques donnent des électrons, et les nanostructures de carbone les acceptent. Les transitions continues assurent la conductivité électrique dans un matériau photoélectrique.

"L'un des problèmes avec de tels hybrides est la faible stabilité de la liaison chimique entre les parties organiques et non organiques. En conséquence, les phtalocyanines deviennent assez mobiles à la surface des nanotubes de carbone. C'est un inconvénient, comme dans ce cas, certaines propriétés ne sont pas attribuées au matériau de manière homogène, " dit Pavel Krasnov, chercheur associé principal à l'Institut des nanotechnologies, Spectroscopie, et la chimie quantique, Université fédérale de Sibérie.

Au cours des travaux, les scientifiques ont considéré la dépendance de la stabilité de la liaison nanotubes-phtalocyanines sur un certain nombre de paramètres, tels que le diamètre et la forme de la nanostructure de carbone, nature du métal formant un complexe avec le composant organique, etc. À la suite de la modélisation de la mécanique quantique, les chercheurs ont découvert quels paramètres devaient être modifiés et comment augmenter la stabilité de la liaison à son maximum.

Les chimistes ont découvert que la position d'une molécule de phtalocyanine par rapport à un tube était un facteur important. La liaison la plus forte a été observée lorsqu'une molécule organique en forme de croix "a étreint" le cylindre, comme un paresseux serrant une grosse branche. Le type de métal qui forme un complexe avec la phtalocyanine joue également un rôle important :dans la gamme cobalt-zinc-cuivre, la force de liaison diminue. Une autre relation intéressante a été découverte entre l'orientation de la grille d'hexagones et sa taille. Pour les nanotubes de diamètre inférieur à 10,5 Å (un angström vaut 10-10 m), la liaison la plus stable se forme dans le cas d'une configuration « fauteuil » lorsque les liaisons des hexagones de la grille perpendiculaires à l'axe du tube sont en forme de chaise. En cas de diamètre plus important, la forme la plus avantageuse est "zigzag".

« Les relations découvertes aideront à créer des nanostructures hybrides cibles avec la capacité de liaison la plus élevée entre les nanotubes de carbone et les phtalocyanines. Ces matériaux peuvent être utilisés dans de nombreux domaines, mais leur objectif principal est la photoélectronique, " conclut Pavel Krasnov.