Ett team av sibiriska forskare och utländska kollegor beräknade parametrarna som påverkar intensiteten i reaktionen mellan kolnanorör och ftalocyaniner-komplexa kvävehaltiga föreningar. Hybridkonstruktioner baserade på dem betraktas som nya material för solcellsbatterier, sensorer och optiska enheter. Verket publicerades i Tillämpad ytvetenskap .

Många nya material för fotoelektriska enheter kombinerar två icke-organiska och organiska kemiska element. Det första kan representeras av kolnanorör - ihåliga cylindrar med väggar gjorda av sexhörningar med kolatomer vid toppar. Den organiska delen kan bestå av heterocykliska föreningar såsom ftalocyaniner. Dessa ämnen består av flera kolringar som är bundna med kväveatomer och kan bilda komplex med metaller. Denna kombination är inte godtycklig:Cykliska molekyler donerar elektroner, och kolananostrukturer accepterar dem. Kontinuerliga övergångar säkerställer elektrisk konduktivitet i ett fotoelektriskt material.

"Ett av problemen med sådana hybrider är låg stabilitet i den kemiska bindningen mellan de organiska och icke-organiska delarna. Som ett resultat, ftalocyaniner blir ganska rörliga på ytan av kolnanorör. Detta är en nackdel, som i detta fall, vissa egenskaper tillskrivs inte materialet homogent, "sa Pavel Krasnov, en senior forskningsassistent vid Institute for Nanotechnologies, Spektroskopi, och kvantkemi, Sibiriska federala universitetet.

Under arbetets gång, forskarna betraktade beroende av nanorör-ftalocyaniners bindningsstabilitet på ett antal parametrar, såsom diameter och form av kolnanostrukturen, metallens natur som bildar ett komplex med den organiska komponenten, och så vidare. Som ett resultat av den kvantmekaniska modelleringen, forskarna fann vilka parametrar som bör ändras och hur man kan öka bindningsstabiliteten till sitt maximala.

Kemisterna upptäckte att positionen för en ftalocyaninmolekyl relativt ett rör var en viktig faktor. Den starkaste bindningen observerades när en korsformad organisk molekyl "kramade" cylindern, som en slöja som kramar en tjock gren. Typen av en metall som bildar ett komplex med ftalocyanin spelar också en viktig roll:I kobolt-zink-kopparområdet minskar bindningsstyrkan. En annan intressant relation upptäcktes mellan orienteringen av sexkantens rutnät och dess storlek. För nanorör med diameter mindre än 10,5 Å (en ångström är 10-10m), den mest stabila bindningen bildas vid en "fåtölj" -konfiguration när anslutningarna av sexkantar i gallret som är vinkelräta mot rörets axel är stolformade. Vid större diameter, den mest fördelaktiga formen är "sicksack".

"De upptäckta relationerna kommer att bidra till att skapa målhybrid -nanostrukturer med den högsta bindningskapaciteten mellan kolnanorör och ftalocyaniner. Dessa material kan användas inom många områden, men deras huvudsakliga syfte är fotoelektronik, "avslutar Pavel Krasnov.