(PhysOrg.com) -- Ce qui ressemble à une boule spongieuse enveloppée dans des brins de fil -- mais beaucoup plus petit -- pourrait être la clé pour débloquer de meilleures méthodes de catalyse, photosynthèse artificielle ou fractionnement de l'eau en hydrogène, selon les chimistes de l'Université Rice qui ont créé une plate-forme pour analyser les interactions entre les nanotubes de carbone et une large gamme de matériaux photoluminescents.

Les particules microscopiques assemblées dans le laboratoire d'Angel Martí, un professeur assistant de chimie et de bio-ingénierie, combiner des nanotubes de carbone à paroi simple avec des matériaux de silicate poreux qui peuvent absorber diverses molécules - dans ce cas, un complexe de ruthénium.

Marti, l'étudiant diplômé et auteur principal Avishek Saha et leurs collègues ont rendu compte de leurs résultats aujourd'hui dans le journal de la Royal Society of Chemistry Sciences chimiques.

La capacité d'immobiliser des nanotubes de carbone individuels sur une surface solide est assez intéressante, mais combiner des systèmes supramoléculaires avec des nanomatériaux pour produire des hybrides est unique, ils ont dit.

"Cela peut être utilisé comme une plate-forme générale pour étudier l'interaction non seulement des complexes de ruthénium, mais la plupart des molécules photoactives peuvent être encapsulées au sein de ces silicates poreux de manière très simple sans modification chimique, sans rien, " dit Marti.

Saha a enduré des essais et des erreurs à chaque étape pour mener à bien les nouvelles particules, d'abord trouver la meilleure façon de garder longtemps, nanotubes de carbone monoparoi produits par le procédé Rice-born HiPco de s'agréger en faisceaux tout en leur permettant d'adhérer aux particules.

La solution suggérée par le co-auteur Matteo Pasquali, un professeur Rice en génie chimique et biomoléculaire et en chimie, impliquait de dissoudre les faisceaux dans de l'acide chlorosulfonique, qui a ajouté des protons - et donc une charge positive - à chaque nanotube.

C'était la clé pour rendre les nanotubes attractifs pour les trois types de particules de silicate testées :une version commerciale du MCM-41, un matériau mésoporeux utilisé comme tamis moléculaire; une autre version de MCM-41 synthétisée chez Rice par Saha, et Zeolyte-Y microporeux.

"Nous ne comprenons pas complètement le mécanisme, mais la vérité est qu'ils ont une très forte affinité pour les réseaux d'oxyde de silicium, " dit Marti, décrivant les particules enveloppées de nanotubes. "Une fois qu'ils sont protonés, ils se lient simplement.

Mais cela n'a pas suffi pour créer une plate-forme appropriée car les nanoparticules protonées ne sont plus photoluminescentes, une qualité dont les chercheurs avaient besoin pour "voir" de telles structures minuscules sous un spectroscope. "Les nanotubes protonés sont cool, mais nous voulons avoir des nanotubes vierges, " dit Marti.

"Nous sommes restés coincés là-bas pendant un certain temps. Nous avons essayé beaucoup de choses, " dit-il. L'acétone, ammoniac, le chloroforme et d'autres substances déprotoneraient les nanotubes, mais les libérerait également des éponges de silicate et leur permettrait de s'agglomérer. Mais la vinylpyrrolidone (VP) a fait l'affaire en donnant aux nanotubes un revêtement semblable à un polymère tout en les ramenant à leur état primitif.

"Cela devient intéressant non seulement du point de vue de l'obtention de nanotubes individualisés sur une surface, mais aussi parce que nous avons obtenu la fluorescence des nanotubes non à partir d'une solution, mais à partir d'un matériau solide, " dit Marti.

L'expérience est allée encore plus loin lorsque les chercheurs ont introduit des molécules de ruthénium dans le mélange. Les silicates ont absorbé les molécules de ruthénium, en les mettant à proximité d'un réseau de nanotubes. Sous un spectroscope, les complexes de ruthénium seraient photoluminescents, mais ils ont vu quelque chose d'inattendu dans l'interaction.

"Essentiellement, nous avons découvert que si vous y mettez une espèce photoactive (le ruthénium) et que vous l'excitez avec de la lumière, deux processus différents se produisent. S'il a des nanotubes de carbone à proximité, il transférera un électron aux nanotubes. Il y a un transfert de charge, et nous savions que cela arriverait, " a déclaré Martí. " Ce à quoi nous ne nous attendions pas lorsque nous avons analysé le spectre, c'était de voir deux espèces différentes de complexes de ruthénium, une avec une durée de vie de photoluminescence très courte et une très longue."

Les chercheurs ont émis l'hypothèse que le ruthénium au centre de l'éponge était trop éloigné des nanotubes pour transférer des électrons, il a donc conservé sa luminescence standard.

La recherche ouvre des perspectives intéressantes pour la science des matériaux, dit Saha. "Le MCM lui-même a de nombreuses applications (comme tamis mésoporeux dans les raffineries de carburant, par exemple), et les nanotubes de carbone sont des matériaux merveilleux qui intéressent beaucoup de gens. Nous combinons simplement ces deux en un matériau hybride qui pourrait avoir les vertus des deux. "

Alors que les tailles de pores des zéolites sont verrouillées par leur structure cristalline à 0,7 nanomètres, les pores dans MCM peuvent être personnalisés, comme Saha l'a fait, pour absorber des matériaux spécifiques. "Il y a beaucoup de choses que nous pouvons faire pour régler le système que nous n'avons pas explorées, ", a-t-il déclaré; combiner des molécules métalliques ou même des points quantiques avec du MCM et des nanotubes pourrait conduire à des résultats intéressants.

Martí a déclaré que le fait de placer des nanotubes chargés à la surface d'un solide ouvre également la porte à leur utilisation comme catalyseurs dans la conversion de l'énergie solaire. "Vous avez besoin de cette force motrice, cette séparation des charges, pour la photosynthèse artificielle, " il a dit.