Aunque el nanografeno es insoluble en agua y disolventes orgánicos, Los investigadores de la Universidad de Kumamoto (KU) y el Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) han encontrado una manera de disolverlo en agua. Usando "contenedores moleculares" que encapsulan moléculas insolubles en agua, Los investigadores desarrollaron un procedimiento de formación para una capa de nanografeno que interactúa químicamente con la sustancia subyacente. simplemente mezclando los contenedores moleculares y el nanografeno en agua. Se espera que el método sea útil para la fabricación y análisis de nanomateriales funcionales de próxima generación.

El grafeno es una capa única de átomos de carbono dispuestos en forma de hoja. Es más ligero que el metal con características eléctricas superiores, y ha atraído la atención como material de próxima generación para la electrónica. Grafeno de tamaño nanométrico definido estructuralmente, es decir, nanografeno, tiene diferentes propiedades físicas del grafeno. Aunque el nanografeno es un material atractivo para semiconductores orgánicos y dispositivos moleculares, su grupo molecular es insoluble en muchos disolventes, y sus propiedades físicas fundamentales no se comprenden suficientemente.

Las micelas se pueden utilizar para disolver sustancias insolubles en agua en agua. El jabón es un ejemplo familiar de micela. Cuando las micelas de jabón se mezclan con agua, comienzan a formarse burbujas hidrófobas por dentro e hidrófilas por fuera. Estas burbujas atrapan la suciedad a base de aceite y facilitan su eliminación con agua. El Dr. Michito Yoshizawa de Tokyo Tech utilizó esta propiedad de las micelas para desarrollar cápsulas de micelas anfipáticas (moléculas que tienen propiedades hidrofóbicas e hidrofílicas). Ampliando el trabajo del Dr. Yoshizawa, Los investigadores de KU desarrollaron una cápsula de micelas para grupos de compuestos de nanografeno insolubles.

Los investigadores de KU utilizaron cápsulas de micelas compuestas de estructuras químicas específicas (antraceno) como contenedores moleculares y utilizaron hábilmente las interacciones de las moléculas para ingerir de manera eficiente moléculas de nanografeno en las cápsulas. Las cápsulas de micelas actúan como regalos de Santa Claus, las moléculas de nanografeno altamente hidrofóbicas (el juguete) dentro de la cápsula (la caja / papel de regalo) se transportan a la superficie del sustrato de oro (Au) bajo el agua (el árbol de Navidad). A continuación, las cápsulas de micelas experimentan un cambio de estado molecular (equilibrio) en la solución acuosa ácida. El nanografeno que estaba dentro de la micela se adsorbe y se organiza sobre el sustrato de Au, ya que sin su 'envoltorio protector' no se disuelve en agua.

Usando un microscopio de túnel de barrido electroquímico (EC-STM), que resuelve superficies materiales a nivel atómico, los investigadores observaron con éxito tres tipos de moléculas de nanografeno (ovaleno, circobifenilo, y dicoronileno) en resolución a escala molecular por primera vez en el mundo. Las imágenes mostraron que las moléculas adsorbidas en el sustrato de Au se alineaban regularmente y formaban una capa secundaria molecular bidimensional altamente ordenada.

Este método de fabricación de una capa molecular utiliza moléculas con limitaciones de solubilidad, pero también se puede utilizar para otros tipos de moléculas. Es más, debería llamar la atención como una tecnología ecológica, ya que no requiere el uso de disolventes orgánicos nocivos. El equipo de investigación espera que abra nuevas puertas en la investigación científica del nanografeno.

"Un par de años atras, KU enfrentó desafíos importantes debido a los terremotos de Kumamoto de 2016. Mientras nos recuperamos de este desastre, Tokyo Tech aceptó a estudiantes universitarios de alto nivel de nuestro laboratorio como auditores especiales. Este proyecto de investigación colaborativa partió de ese punto. Los resultados de este trabajo son el resultado directo de la rápida respuesta y la amable cooperación de Tokyo Tech durante la difícil situación que enfrentamos aquí en Kumamoto. Realmente apreciamos su generosa ayuda, ", dijo el líder del proyecto, el profesor asociado Soichiro Yoshimoto de la Universidad de Kumamoto." El método que desarrollamos también se puede aplicar a un grupo de moléculas con una estructura química más grande. Esperamos que este trabajo conduzca al desarrollo de cables moleculares, nuevos materiales de batería, crecimiento de cristales de película fina a partir de diseños moleculares precisos, y el esclarecimiento adicional de las propiedades físicas fundamentales ".

Este resultado de la investigación se publicó en el Edición internacional Angewandte Chemie el 23 ^rd de octubre de 2018.