L'électronique polyvalente du graphène, les propriétés chimiques et mécaniques l'ont placé au centre de la recherche en sciences physiques, avec une attention actuellement portée sur ses applications potentielles. Les experts en informatique apportent des informations uniques en étudiant les structures à base de graphène in silico. En explorant la structure et les propriétés du graphone, du graphène hydrogéné d'un côté, une équipe de recherche de Singapour et des États-Unis a fourni un modèle potentiel pour l'emballage des molécules. Ces structures pourraient être utiles pour piéger des molécules pour le stockage d'énergie ou des applications biologiques.

Dirigé par Chilla Damodara Reddy de l'A*STAR Institute of High Performance Computing, Singapour, l'équipe de recherche a construit informatiquement une grande feuille de graphène carrée avec des atomes d'hydrogène liés de manière covalente au-dessus de chaque autre atome de carbone pour former un domaine de graphone. Selon la taille du domaine, les régions de graphone se sont déformées en trois architectures tridimensionnelles distinctes. De petits domaines transformés en forme de chapeau, tandis que des domaines plus grands ont entraîné l'interfaçage de segments de graphène et de graphone se courbant dans des directions opposées, le centre du patch de graphone restant plat. Un tiers, intermédiaire, la morphologie a montré des ondulations à la fois à l'interface graphone/graphène et au centre de la graphone hydrogénée. Un décalage de 5 % de réseau entre le graphène et le graphone a causé les distorsions tridimensionnelles.

Toutes les structures étaient stables bien au-dessus de la température ambiante. Reddy et ses collègues ont également observé des « puits énergétiques » dans les domaines du graphone, qu'ils ont testés pour déterminer s'ils pouvaient ou non piéger des molécules. Ils ont utilisé des fullerènes comme molécules modèles.

Les chercheurs ont conçu des matériaux avec des domaines de graphone à une distance appropriée et d'un diamètre approprié pour optimiser le piégeage de plusieurs molécules dans les puits d'énergie. Ils ont également proposé un espacement minimum entre les domaines pour éviter l'instabilité entre les molécules piégées des domaines voisins.

Reddy et ses collègues ont étendu le travail pour explorer la possibilité de piéger plusieurs fullerènes dans un domaine de graphone. Ils ont montré qu'un domaine d'un diamètre de 2 nanomètres pouvait piéger trois fullerènes dans un réseau triangulaire, tandis qu'un d'un diamètre de 4 nanomètres pourrait piéger douze molécules dans différentes ondulations du domaine graphone (voir image). Ces structures étaient également stables à température ambiante; bien qu'à des températures très élevées - au-dessus de 700 kelvin - les molécules pourraient bien échapper aux limites de l'énergie.

"Nos structures à base de graphène fournissent un modèle potentiel pour emballer d'autres molécules, comme les molécules d'hydrogène et de méthanol, qui pourraient être utilisés dans des applications énergétiques, ", disent les chercheurs. Ils pourraient également piéger des protéines et de l'ADN pour les utiliser dans des applications biologiques.