Le nanographène est un matériau qui pourrait radicalement améliorer les cellules solaires, réservoirs de carburant, LED et plus. Typiquement, la synthèse de ce matériau a été imprécise et difficile à contrôler. Pour la première fois, les chercheurs ont découvert un moyen simple de contrôler avec précision la fabrication du nanographene. Ce faisant, ils ont mis en lumière les processus chimiques auparavant peu clairs impliqués dans la production de nanographene.

Graphène, feuilles de molécules de carbone d'une épaisseur d'un atome, pourrait révolutionner la technologie future. Les unités de graphène sont connues sous le nom de nanographene; ceux-ci sont adaptés à des fonctions spécifiques, et en tant que tel, leur processus de fabrication est plus compliqué que celui du graphène générique. Le nanographène est fabriqué en éliminant sélectivement les atomes d'hydrogène des molécules organiques de carbone et d'hydrogène, un processus appelé déshydrogénation.

"La déshydrogénation s'effectue sur une surface métallique telle que celle de l'argent, or ou cuivre, qui agit comme un catalyseur, un matériau qui permet ou accélère une réaction, " a déclaré le professeur adjoint Akitoshi Shiotari du Département de science des matériaux avancés. " Cependant, cette surface est grande par rapport aux molécules organiques cibles. Cela contribue à la difficulté de créer des formations spécifiques de nanographene. Nous avions besoin d'une meilleure compréhension du processus catalytique et d'un moyen plus précis de le contrôler."

Shiotari et son équipe, en explorant différentes manières d'effectuer la synthèse du nanographene, a mis au point une méthode qui offre le contrôle précis nécessaire et qui est également très efficace. Ils ont utilisé un type de microscope spécialisé appelé microscope à force atomique (AFM), qui mesure les détails des molécules avec une sonde nanoscopique en forme d'aiguille. Cette sonde peut être utilisée non seulement pour détecter certaines caractéristiques d'atomes individuels, mais aussi de les manipuler.

"Nous avons découvert que la sonde métallique de l'AFM pouvait rompre les liaisons carbone-hydrogène dans les molécules organiques, " a déclaré Shiotari. " Il pourrait le faire très précisément étant donné que sa pointe est si minuscule, et il pourrait rompre les liaisons sans avoir besoin d'énergie thermique. Cela signifie que nous pouvons désormais fabriquer des composants de nanographene de manière plus contrôlée que jamais. »

Pour vérifier ce qu'ils voyaient, l'équipe a répété le processus avec une variété de composés organiques, en particulier deux molécules de structures très différentes appelées benzonoïdes et non-benzonoïdes. Cela démontre que la sonde AFM en question est capable d'extraire des atomes d'hydrogène de différents types de matériaux. Un tel détail est important si cette méthode doit être étendue à un moyen de production commercial.

"J'imagine que cette technique pourrait être le moyen ultime de créer des nanomolécules fonctionnelles de bas en haut, " a déclaré Shiotari. " Nous pouvons utiliser un AFM pour appliquer d'autres stimuli aux molécules cibles, comme l'injection d'électrons, champs électroniques ou forces répulsives. C'est passionnant de pouvoir voir, contrôler et manipuler des structures à une échelle aussi incroyablement minuscule."