(PhysOrg.com) - Lo que parece una bola esponjosa envuelta en hilos de hilo, pero mucho más pequeña, podría ser clave para desbloquear mejores métodos de catálisis. fotosíntesis artificial o división del agua en hidrógeno, según los químicos de la Universidad de Rice que han creado una plataforma para analizar las interacciones entre los nanotubos de carbono y una amplia gama de materiales fotoluminiscentes.

Las partículas microscópicas ensambladas en el laboratorio de Angel Martí, profesor asistente de química y bioingeniería, Combine nanotubos de carbono de pared simple con materiales de silicato poroso que pueden absorber varias moléculas; en este caso, un complejo de rutenio.

Martí, El estudiante de posgrado y autor principal Avishek Saha y sus colegas informaron sus resultados hoy en la revista Royal Society of Chemistry Ciencia química.

La capacidad de inmovilizar nanotubos de carbono individuales en una superficie sólida es bastante interesante, pero combinar sistemas supramoleculares con nanomateriales para producir híbridos es único, ellos dijeron.

"Esto se puede utilizar como una plataforma general para estudiar la interacción no solo de los complejos de rutenio, pero la mayoría de las moléculas fotoactivas se pueden encapsular dentro de estos silicatos porosos de una manera muy simple sin modificación química, sin nada, "Dijo Martí.

Saha soportó prueba y error en cada paso para hacer que las nuevas partículas fructificaran, primero averiguando la mejor manera de mantenerse por mucho tiempo, Los nanotubos de carbono de pared simple producidos por el proceso HiPco nacido de Rice se agregan en paquetes mientras les permiten adherirse a las partículas.

La solución sugerida por el coautor Matteo Pasquali, un profesor de Rice en ingeniería química y biomolecular y en química, implicó disolver los haces en ácido clorosulfónico, que agregó protones, y por lo tanto una carga positiva, a cada nanotubo.

Esa fue la clave para hacer que los nanotubos sean atractivos para los tres tipos de partículas de silicato probados:una versión comercial de MCM-41, un material mesoporoso utilizado como tamiz molecular; otra versión de MCM-41 sintetizada en Rice por Saha, y Zeolyte-Y microporoso.

"No entendemos completamente el mecanismo, pero la verdad es que tienen una afinidad muy fuerte por las redes de óxido de silicio, "dijo Martí, describiendo las partículas envueltas en nanotubos. "Una vez que están protonadas, simplemente se unen ".

Pero eso no fue suficiente para crear una plataforma adecuada porque las nanopartículas protonadas ya no son fotoluminiscentes, una cualidad que los investigadores requerían para "ver" estructuras tan diminutas bajo un espectroscopio. "Los nanotubos protonados son geniales, pero queremos tener nanotubos prístinos, "Dijo Martí.

"Estuvimos atrapados allí por un tiempo. Intentamos muchas cosas, ", dijo. Acetona, amoníaco, el cloroformo y otras sustancias desprotonarían los nanotubos, pero también los liberaría de las esponjas de silicato y les permitiría agruparse. Pero la vinilpirrolidona (VP) hizo el truco al dar a los nanotubos una capa similar a un polímero mientras los devolvía a su estado original.

"Esto se vuelve interesante no solo desde el punto de vista de colocar nanotubos individualizados en la parte superior de una superficie, sino también porque obtuvimos fluorescencia de nanotubos no de una solución, pero de un material sólido, "Dijo Martí.

El experimento fue un paso crítico más allá cuando los investigadores introdujeron moléculas de rutenio en la mezcla. Los silicatos absorbieron las moléculas de rutenio, poniéndolos en estrecha proximidad con una serie de nanotubos. Bajo un espectroscopio, los complejos de rutenio serían fotoluminiscentes, pero vieron algo inesperado en la interacción.

"Básicamente, Descubrimos que si pones una especie fotoactiva (rutenio) y la excitas con luz, ocurren dos procesos diferentes. Si tiene nanotubos de carbono cerca, transferirá un electrón a los nanotubos. Hay una transferencia de carga y sabíamos que pasaría "Dijo Martí." Lo que no esperábamos cuando analizamos el espectro fue ver dos especies diferentes de complejos de rutenio, uno con una vida útil de fotoluminiscencia muy corta y uno muy largo ".

Los investigadores teorizaron que el rutenio en el centro de la esponja estaba demasiado lejos de los nanotubos para transferir electrones. por lo que retuvo su luminiscencia estándar.

La investigación conduce a algunas posibilidades interesantes para la ciencia de los materiales, Dijo Saha. "El propio MCM tiene muchas aplicaciones (como tamiz mesoporoso en refinerías de combustible, por ejemplo), y los nanotubos de carbono son materiales maravillosos que interesan a mucha gente. Simplemente estamos combinando estos dos en un material híbrido que podría tener las virtudes de ambos ".

Mientras que el tamaño de los poros en las zeolitas está bloqueado por su estructura cristalina a 0,7 nanómetros, los poros en MCM se pueden personalizar, como ha hecho Saha, para absorber materiales específicos. "Hay muchas cosas que podemos hacer para ajustar el sistema que no hemos explorado, ", dijo; la combinación de moléculas de metal o incluso puntos cuánticos con MCM y nanotubos podría conducir a resultados interesantes.

Martí dijo que poner nanotubos cargados en la superficie de un sólido también abre la puerta para usarlos como catalizadores en la conversión de energía solar. "Necesitas esa fuerza impulsora, esa carga de separación, para la fotosíntesis artificial, " él dijo.