(PhysOrg.com) -- Det som ser ut som en svampig nystan inlindad i trådar av garn -- men mycket mindre -- kan vara nyckeln till att låsa upp bättre metoder för katalys, artificiell fotosyntes eller dela vatten till väte, enligt Rice University kemister som har skapat en plattform för att analysera interaktioner mellan kolnanorör och ett brett utbud av fotoluminescerande material.

De mikroskopiska partiklarna samlade i Angel Martís labb, en biträdande professor i kemi och bioteknik, kombinera enkelväggiga kolnanorör med porösa silikatmaterial som kan absorbera olika molekyler - i det här fallet, ett ruteniumkomplex.

Martí, doktorand och huvudförfattare Avishek Saha och deras kollegor rapporterade sina resultat idag i tidskriften Royal Society of Chemistry Kemivetenskap.

Förmågan att immobilisera enskilda kolnanorör på en fast yta är intressant nog, men att kombinera supramolekylära system med nanomaterial för att producera hybrider är unikt, sa de.

"Detta kan användas som en allmän plattform för att studera interaktionen mellan inte bara ruteniumkomplex, men de flesta fotoaktiva molekyler kan kapslas in i dessa porösa silikater på ett mycket enkelt sätt utan kemisk modifiering, utan något, sa Marti.

Saha utstod försök och misstag vid varje steg för att få de nya partiklarna att förverkligas, först komma på det bästa sättet att hålla länge, enkelväggiga kolnanorör som produceras av Rice-born HiPco-processen från att aggregeras till buntar samtidigt som de låter dem fästa vid partiklarna.

Lösningen som föreslagits av medförfattaren Matteo Pasquali, en risprofessor i kemi och biomolekylär teknik och i kemi, involverade att lösa upp buntarna i klorsulfonsyra, som lade till protoner - och därmed en positiv laddning - till varje nanorör.

Det var nyckeln till att göra nanorör attraktiva för de tre typerna av silikatpartiklar som testades:en kommersiell version av MCM-41, ett mesoporöst material som används som en molekylsikt; en annan version av MCM-41 syntetiserad på Rice av Saha, och mikroporös Zeolyte-Y.

"Vi förstår inte helt mekanismen, men sanningen är att de har en mycket stark affinitet till kiseloxidnätverk, sa Marti, som beskriver de nanorörsvepta partiklarna. "När de är protonerade, de bara binder."

Men det räckte inte för att skapa en riktig plattform eftersom protonerade nanopartiklar inte längre är fotoluminescerande, en egenskap som forskarna krävde för att "se" sådana små strukturer under ett spektroskop. "Protonerade nanorör är coola, men vi vill ha orörda nanorör, sa Martí.

"Vi var fast där ett tag. Vi provade många saker, " sa han. Aceton, ammoniak, kloroform och andra ämnen skulle deprotonera nanorören, men skulle också släppa dem från silikatsvamparna och låta dem klumpa sig. Men vinylpyrrolidon (VP) gjorde susen genom att ge nanorören en polymerliknande beläggning samtidigt som de återförde dem till sina orörda tillstånd.

"Detta blir intressant inte bara med tanke på att få individualiserade nanorör ovanpå en yta, men också för att vi fick fluorescens av nanorör inte från en lösning, men från ett fast material, sa Martí.

Experimentet gick ett kritiskt steg längre när forskarna introducerade ruteniummolekyler i blandningen. Silikaten absorberade ruteniummolekylerna, placera dem i närheten av en rad nanorör. Under ett spektroskop, ruteniumkomplexen skulle fotoluminescera, men de såg något oväntat i interaktionen.

"I grund och botten, vi fick reda på att om du placerar en fotoaktiv art (rutenium) där och exciterar den med ljus, två olika processer inträffar. Om den har kolnanorör i närheten, det kommer att överföra en elektron till nanorören. Det finns en avgiftsöverföring, och vi visste att det skulle hända, " sa Martí. "Vad vi inte förväntade oss när vi analyserade spektrumet var att se två olika arter av ruteniumkomplex, en med mycket kort fotoluminescenslivslängd och en mycket lång."

Forskarna teoretiserade att rutenium i mitten av svampen var för långt från nanorören för att överföra elektroner, så den behöll sin standardluminescens.

Forskningen leder till några intressanta möjligheter för materialvetenskap, Saha sa. "MCM i sig har många applikationer (som en mesoporös sikt i bränsleraffinaderier, till exempel), och kolnanorör är underbara material som många människor är intresserade av. Vi kombinerar bara dessa två till ett hybridmaterial som kan ha bådas fördelar."

Medan porstorlekar i zeoliter är låsta av deras kristallina struktur vid 0,7 nanometer, porer i MCM kan anpassas, som Saha har gjort, att absorbera specifika material. "Det finns många saker vi kan göra för att trimma systemet som vi inte har utforskat, " sa han; att kombinera metallmolekyler eller till och med kvantprickar med MCM och nanorör kan leda till intressanta resultat.

Martí sa att att lägga laddade nanorör på ytan av ett fast ämne också öppnar dörren för att använda dem som katalysatorer vid solenergiomvandling. "Du behöver den drivkraften, den där laddningsseparationen, för artificiell fotosyntes, " han sa.