(Phys.org) —Graphene, una forma bidimensional de carbono, tiene muchas propiedades que lo hacen especialmente adecuado para nanodispositivos. Para uno, a pesar de que está compuesto por una red de átomos de carbono, muestra una conductividad extraordinaria a través de su red de electrones π. Adicionalmente, el grafeno es económico, sustrato flexible, lo que lo convierte en una opción práctica para la construcción de dispositivos. Muchos grupos están interesados ​​en formas de alinear nanomateriales en superficies de grafeno en lugar de funcionalizar el grafeno. que cambia algunas de las propiedades deseables del grafeno.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Tokio, la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología, la Universidad de California en Berkeley, el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan, Universidad Harvard, Universidad de Konkuk, y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley han descubierto que los nanocables de cianuro de oro (I) (AuCN) se ensamblarán en grafeno prístino en condiciones suaves. Determinaron que estos nanocables se alinean espontáneamente con la red en zigzag del grafeno, permitiendo estudios sobre la naturaleza estructural del grafeno así como el diseño controlado de nanoestructuras inorgánicas. Su trabajo aparece en Nanotecnología de la naturaleza .

Una de las dificultades para incorporar moléculas inorgánicas al grafeno es que el grafeno es químicamente inerte. La mayoría de los esfuerzos para producir una capa inorgánica sobre un sustrato de grafeno implican usar grafeno que tiene defectos o reaccionar con los bordes de una cinta de grafeno. Este estudio es único en el sentido de que los nanocables se formaron sobre grafeno prístino. En tono rimbombante, Los estudios confirmaron que el grafeno permaneció prístino incluso después de que se formaran los nanocables. Los nanocables se eliminaron utilizando una solución básica, produciendo grafeno prístino. Es más, estudios adicionales con varios tipos de superficies de carbono mostraron que los nanocables de AuCN crecen preferentemente en superficies de grafeno prístinas.

La síntesis de los nanocables de AuCN se llevó a cabo en condiciones relativamente suaves. Típicamente, este tipo de reacción inorgánica en la que un compuesto reacciona sobre un sustrato como el grafeno, se realiza mediante deposición de vapor químico. La deposición de vapor químico se realiza en condiciones extremas de temperatura y presión. Lee y col. informan de una síntesis en la que se colocan grafeno monocapa y oro sólido en una solución acuosa de persulfato amónico 250 mM a temperatura ambiente durante 17 horas. El oro puede ser nanopartículas de oro o una microestructura de oro, dependiendo de los objetivos de la reacción. El ácido oxida el oro para formar nanocables. El grafeno sirve como sustrato para la nucleación y crecimiento de los nanocables.

Los estudios de caracterización demostraron que los nanocables estaban compuestos exclusivamente por AuCN. Es más, Los nanocables de AuCN forman una estructura de nanocintas en la superficie del grafeno de tal manera que son análogas a la estructura reticular en zigzag del grafeno. Este es un hallazgo clave porque las características de la red de grafeno se pueden estudiar observando la orientación de las nanocintas de AuCN. Por lo general, el estudio de la estructura reticular del grafeno requiere una preparación especial de la muestra y requisitos de sustrato que pueden llevar mucho tiempo. Sin embargo, observando las propiedades de las nanocintas de AuCN utilizando una técnica como la microscopía electrónica de barrido, que requiere una preparación mínima de la muestra, uno puede discernir más fácilmente los límites del grano del grafeno y otras características.

Debido a que los nanocables seguirán la estructura de celosía de grafeno, Lee y col. demostró que se podía controlar la orientación de las nanoestructuras. Pudieron fabricar nanocintas de grafeno de alta calidad que siguen una orientación de celosía particular. También pudieron fabricar cadenas de nanopartículas de oro que estaban alineadas con la dirección de la red en zigzag del grafeno.

Debido a las condiciones excepcionalmente inertes para esta reacción, Lee y col. realizó cálculos de primer principio para comprender qué promovió esta formación de nanocables inducida por el sustrato, lo que puede proporcionar pistas para desarrollar un mecanismo general para fabricar nanomateriales en condiciones inertes.

Descubrieron que AuCN mantuvo su estructura cristalina hexagonal y el grafeno mantuvo su sp ² estructura de carbono. La diferencia entre capas entre los cristales de AuCN y la hoja de grafeno es casi la misma que la diferencia entre capas entre Au (1 1 1) y grafeno. Esto sugiere que la interacción principal es entre el grafeno y el átomo de oro en AuCN. Sin embargo, la energía de enlace para AuCN en grafeno es mucho mayor que para Au (1 1 1), lo que sugiere que los electrones π del grafeno interactúan con el oro pobre en electrones en AuCN. Esta interacción π única puede ser el ímpetu detrás de la unión espontánea entre los nanocables y el grafeno, y puede ser una propiedad que se puede utilizar para construir otros nanomateriales.

En general, Lee y col. demostraron una síntesis fácil de nanocables AuCN de plantilla de grafeno que se alinean espontáneamente con la red en zigzag del grafeno prístino. Esto permite una mejor caracterización de las propiedades del cristal de grafeno, así como controlar la orientación de los nanomateriales fabricados. La interacción entre los electrones π y el átomo de oro en AuCN sin perturbar la red de carbono del grafeno es una interacción única que puede explotarse para estudios adicionales en la construcción de nanodispositivos.

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