Debido a sus propiedades únicas, los nanotubos de carbono de pared simple se han sugerido como un material prometedor para la electrónica. óptica y en otros campos de la ciencia de los materiales. Cuando los científicos de la Universidad de Umea y la Universidad de Aalto intentaron realizar una reacción entre el gas hidrógeno y las moléculas de fullereno encapsuladas en nanotubos, algo muy improbable pareció posible de repente.

"La química en la escala nanométrica a menudo parece ser diferente en comparación con la química en la escala normal y los nanotubos de carbono proporcionan las condiciones ideales para los estudios de reacciones en el nanoespacio". "dice Alexandr Talyzin, docente en el Departamento de Física, Universidad de Umeå.

El enfoque estándar para realizar recapturaciones químicas dentro de nanotubos de carbono de pared simple, SWNT, es llenar el espacio interior con moléculas (por ejemplo, fullerenos, formando así los llamados peapods) y hacerlos reaccionar entre sí.

Las paredes de nanotubos protegerán las moléculas encapsuladas del espacio exterior y harán que las reacciones con moléculas y átomos fuera del tubo sean imposibles. Una vez que los SWNT se llenan con C ₆₀ moléculas no hay suficiente espacio para que entren las moléculas de hidrógeno. Esa era la opinión común cuando los grupos de investigación comenzaron sus experimentos hace unos años.

Pero sus experimentos no dejan lugar a dudas, el hidrógeno realmente penetra en los peapods y reacciona con los fullerenos. La evidencia es bastante directa, cuando la temperatura y la presión de hidrogenación se llevan a valores extremos, la jaula de fullereno colapsa por completo y se forman grandes moléculas de hidrógeno. Esto fue confirmado tanto por espectroscopía Raman como por TEM de alta resolución.

El estudio proporciona un ejemplo más de que las reacciones químicas en los nanoreactores no siempre son las mismas que en condiciones "normales". En la estructura tridimensional, las moléculas pueden reaccionar con sus vecinas en todas las direcciones posibles, hasta, abajo, Derecha, izquierda, etc.

"Dentro de los nanotubos de carbono, la molécula de fullereno tiene solo dos vecinos, digamos a la derecha y a la izquierda. Similar, la reacción con hidrógeno también se limita a una dimensión, "dice Alexandr Talyzin.

Una gran ventaja es que incluso las moléculas individuales dentro de los SWNT se pueden observar utilizando microscopía electrónica de alta resolución. algo extremadamente difícil para polvos a granel, él añade. Las imágenes de alta calidad recopiladas en la Universidad de Aalto permitieron a los científicos observar no solo el colapso inducido por hidrógeno de C60, pero también la coalescencia de moléculas impulsada por hidrógeno en polímeros en cadena y túbulos.

"Lo que aprendimos es un resultado bastante general para la nanoquímica. Ahora tenemos evidencia directa de que las moléculas dentro de los SWNt pueden reaccionar con gases. Abre enormes posibilidades para la síntesis de nuevos materiales híbridos y la modificación química de moléculas y materiales encapsulados". "dice Alexandr Talyzin.