Un groupe de chercheurs de l'Université de Nagoya, Japon, ont développé une nouvelle méthode pour synthétiser rapidement et efficacement des nanographenes, un type de nanocarbone avec un grand potentiel en tant que matériau de nouvelle génération.

Les nanographenes sont les structures partielles du graphène, qui est une feuille d'atomes de carbone d'environ 3 nanomètres d'épaisseur avec un potentiel particulier pour une utilisation dans le développement de semi-conducteurs, ayant une mobilité électronique plusieurs centaines de fois meilleure que les matériaux de génération actuelle. Le graphène a été isolé pour la première fois en 2004, une découverte qui a reçu le prix Nobel de physique 2010, ce qui en fait un matériau très nouveau et actuellement l'objet de nombreuses recherches.

Avec des caractéristiques magnétiques et électriques au-delà de celles du graphène, Les nanographenes intéressent également les scientifiques dans le domaine de la recherche sur les nanocarbones. Le plus gros obstacle, bien qu'excitant, auxquels les chercheurs sont confrontés est le grand nombre de nanographenes potentiels. Le nombre de structures nanographènes potentiellement possibles augmente avec le nombre de cycles benzéniques (6 atomes de carbone dans une formation hexagonale) pour les fabriquer. Par exemple, même un nanographene à noyau benzénique relativement petit peut en avoir jusqu'à 16, 000 variantes. Comme chaque nanographene a des caractéristiques physiques différentes, la clé de la recherche appliquée sur le nanographene est d'identifier la relation entre la structure et les caractéristiques d'autant de nanographenes que possible.

Ainsi, la tâche des scientifiques est de créer une bibliothèque de nanographene, contenant des données sur les propriétés d'autant de nanographenes que possible. Cependant, la méthode actuelle de synthèse du nanographene, connue sous le nom de réaction de couplage, est un processus en plusieurs étapes qui produit un seul nanographene. Ainsi, créer une bibliothèque de 100 nanographenes, 100 réactions de couplage distinctes devraient être réalisées. Même cela serait une entreprise importante, rendant pratiquement impossible la construction d'une bibliothèque de nanographenes vraiment complète.

Pour résoudre ce problème, le groupe de recherche de l'Université de Nagoya, dirigé par le professeur Kenichiro Itami, ont travaillé sur la réaction APEX, une réaction qui utilise des hydrocarbures aromatiques polycycliques comme modèles pour synthétiser des nanographènes. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques ont trois domaines de leur structure, connus sous le nom de région K, Région M et région de la baie - qui peuvent être allongées dans une réaction APEX, produisant trois nanographenes. Ces nanographenes peuvent ensuite être encore allongés dans une seconde réaction, ce qui signifie qu'un grand nombre de nanographenes peuvent être synthétisés à partir d'une seule molécule modèle d'hydrocarbure aromatique polycyclique.

Le groupe du professeur Itami ayant déjà développé la réaction APEX de la région K, et un autre groupe de scientifiques l'ayant fait pour la région de la baie, ils ont tourné leur attention vers la région M. Ils ont activé la région M en utilisant la réaction de Diels-Alder, lauréate du prix Nobel 1950, et réussi à effectuer une réaction d'élongation sur la région M activée, rendant ainsi les trois sites possibles sur les hydrocarbures aromatiques polycycliques capables de synthétiser des nanographènes.

Les chercheurs ont pu produire 13 nanographenes avec trois réactions APEX, la plupart d'entre eux étant des structures inédites, prouvant ainsi à la fois l'efficacité et l'utilité de cette nouvelle méthode.

Cette nouvelle recherche passionnante et son potentiel pour accélérer la création de bibliothèques de nanographene est une étape vers le développement de la prochaine génération de matériaux, qui ont le potentiel de révolutionner les semi-conducteurs et l'énergie solaire et d'améliorer des vies partout dans le monde.