Por primera vez, los investigadores utilizaron benceno, un hidrocarburo común, para crear un nuevo tipo de nanotubo molecular, lo que podría conducir a nuevas aplicaciones de semiconductores basados ​​en nanocarbonos.

Investigadores del Departamento de Química han estado trabajando arduamente en su laboratorio recientemente renovado en la Escuela de Graduados de Ciencias de la Universidad de Tokio. El entorno prístino y el diseño inteligente les brindan amplias oportunidades para experimentos emocionantes. El profesor Hiroyuki Isobe y sus colegas comparten su aprecio por las estructuras moleculares "hermosas" y crearon algo que no solo es hermoso, sino que también es una novedad para la química.

Su nanotubo de fenina (pNT) se destaca por su agradable simetría y simplicidad, que es un marcado contraste con sus complejos medios de desarrollo. La síntesis química de nanotubos es notoriamente difícil y desafiante, y controlar las estructuras en cuestión para proporcionar propiedades y funciones únicas es aún más complejo.

Los nanotubos de carbono son famosos por su estructura de grafito sin defectos, pero varían mucho en longitud y diámetro. Isobe y su equipo querían un solo tipo de nanotubo, una forma novedosa con defectos controlados dentro de su estructura cilíndrica de tamaño nanométrico que permite que moléculas adicionales agreguen propiedades y funciones.

El novedoso proceso de síntesis de los investigadores comienza con benceno, un anillo hexagonal de seis átomos de carbono. Utilizaron reacciones para combinar seis de estos bencenos para hacer un anillo hexagonal más grande llamado ciclo-meta-fenileno (CMP). Los átomos de platino permitieron que cuatro CMP formaran un cubo abierto. Cuando se quita el platino, el cubo forma un círculo grueso y está provisto de moléculas puente en ambos extremos, permitiendo la forma del tubo.

Suena complicado pero sorprendentemente este complejo proceso une con éxito los bencenos de la manera correcta más del 90 por ciento de las veces. La clave también está en la simetría de la molécula, lo que simplifica el proceso de ensamblaje de hasta 40 bencenos. Estos bencenos, también llamados feninas, se utilizan como paneles para formar el cilindro de tamaño nanométrico. El resultado es una estructura de nanotubos novedosa con defectos periódicos intencionados. Las investigaciones teóricas muestran que estos defectos imbuyen al nanotubo con caracteres semiconductores.

"Un cristal de pNT también es interesante:las moléculas de pNT están alineadas y empaquetadas en una red rica en poros y vacíos, "Isobe explica." Estos nanoporos pueden encapsular varias sustancias que imbuyen al cristal pNT con propiedades útiles en aplicaciones electrónicas. Una molécula que incorporamos con éxito en pNT fue una gran molécula de carbono llamada fullereno (C70) ".

"Un equipo dirigido por Kroto / Curl / Smalley descubrió los fullerenos en 1985. Se dice que Sir Harold Kroto se enamoró de la hermosa molécula, "continúa Isobe." Sentimos lo mismo acerca de pNT. Nos sorprendió ver la estructura molecular del análisis cristalográfico. Una estructura cilíndrica perfecta con simetría cuádruple surge de nuestra síntesis química ".

"Después de algunas décadas desde el descubrimiento, esta hermosa molécula, fullereno ha encontrado varias utilidades y aplicaciones, ", agrega Isobe." Esperamos que la belleza de nuestra molécula también apunte a propiedades únicas y funciones útiles que esperan ser descubiertas ".

El estudio se publica en la revista Ciencias .