Pour la première fois, les chercheurs ont utilisé du benzène, un hydrocarbure commun, pour créer un nouveau type de nanotube moléculaire, ce qui pourrait conduire à de nouvelles applications de semi-conducteurs à base de nanocarbone.

Des chercheurs du département de chimie ont travaillé dur dans leur laboratoire récemment rénové de la Graduate School of Science de l'Université de Tokyo. L'environnement vierge et la disposition intelligente leur offrent de nombreuses opportunités pour des expériences passionnantes. Le professeur Hiroyuki Isobe et ses collègues partagent une appréciation des « belles » structures moléculaires et ont créé quelque chose qui n'est pas seulement beau, mais qui est également une première en chimie.

Leur nanotube de phénine (pNT) est connu pour sa symétrie et sa simplicité agréables, ce qui contraste fortement avec ses moyens complexes de développement. La synthèse chimique des nanotubes est notoirement difficile et exigeante, et contrôler les structures en question pour fournir des propriétés et des fonctions uniques est encore plus complexe.

Les nanotubes de carbone sont réputés pour leur structure en graphite sans défaut, mais ils varient considérablement en longueur et en diamètre. Isobe et son équipe voulaient un seul type de nanotube, une nouvelle forme avec des défauts contrôlés au sein de sa structure cylindrique de taille nanométrique permettant à des molécules supplémentaires d'ajouter des propriétés et des fonctions.

Le nouveau processus de synthèse des chercheurs commence avec le benzène, un cycle hexagonal de six atomes de carbone. Ils ont utilisé des réactions pour combiner six de ces benzènes pour former un anneau hexagonal plus grand appelé cyclo-méta-phénylène (CMP). Les atomes de platine ont permis à quatre CMP de former un cube ouvert. Lorsque le platine est retiré, le cube jaillit en un cercle épais et celui-ci est pourvu de molécules de pontage aux deux extrémités, permettant la forme du tube.

ça a l'air compliqué, mais étonnamment, ce processus complexe lie avec succès les benzènes de la bonne manière plus de 90 pour cent du temps. La clé réside aussi dans la symétrie de la molécule, ce qui simplifie le processus d'assemblage de jusqu'à 40 benzènes. Ces benzènes, aussi appelées phénines, sont utilisés comme panneaux pour former le cylindre de taille nanométrique. Le résultat est une nouvelle structure de nanotubes avec des défauts périodiques intentionnels. Des études théoriques montrent que ces défauts imprègnent le nanotube de caractères semi-conducteurs.

« Un cristal de pNT est également intéressant :les molécules de pNT sont alignées et emballées dans un réseau riche en pores et en vides, " explique Isobe. " Ces nanopores peuvent encapsuler diverses substances qui confèrent au cristal pNT des propriétés utiles dans les applications électroniques. Une molécule que nous avons intégrée avec succès dans pNT était une grosse molécule de carbone appelée fullerène (C70)."

"Une équipe dirigée par Kroto/Curl/Smalley a découvert les fullerènes en 1985. On dit que Sir Harold Kroto est tombé amoureux de la belle molécule, " poursuit Isobe. " Nous ressentons la même chose à propos de pNT. Nous avons été choqués de voir la structure moléculaire de l'analyse cristallographique. Une structure cylindrique parfaite avec une symétrie quadruple émerge de notre synthèse chimique."

"Après quelques décennies depuis la découverte, cette belle molécule, fullerène, a trouvé divers utilitaires et applications, " ajoute Isobe. "Nous espérons que la beauté de notre molécule pointe également vers des propriétés uniques et des fonctions utiles qui attendent d'être découvertes."

L'étude est publiée dans la revue Science .