(PhysOrg.com) -- Ett team av forskare som involverar forskare från University of Nottingham har för första gången visat att kemiska reaktioner på nanonivå som förändrar strukturen hos kolnanorör kan utlösas av en "attack" inifrån.
Upptäckten utmanar tidigare vetenskapligt tänkande att den inre ytan av de ihåliga nanostrukturerna är kemiskt oreaktiv, till stor del begränsar deras användning till användningen av en inert behållare eller en "nano-reaktor" inuti vilken andra kemiska reaktioner kan äga rum.
Deras forskning, publiceras i tidskriften Naturkemi , visar att kolnanorör som har fått sina strukturer förändrade är spännande nya material som kan vara användbara i utvecklingen av ny teknik för gaslagringsenheter, kemiska sensorer och delar av elektroniska enheter som transistorer.
Dr Andrei Khlobystov, vid universitetets kemihögskola, som ledde arbetet i Nottingham, sa:"Det har allmänt accepterats under en tid nu att den inre ytan av kolnanorör - eller den konkava sidan - är kemiskt oreaktiv, och vi har faktiskt framgångsrikt använt kolnanorör som nano-reaktorer.
"Men under loppet av denna nya forskning gjorde vi den överlägsna upptäckten att i närvaro av katalytiskt aktiva övergångsmetaller inuti nanorörskaviteten, själva nanoröret kan vara inblandat i oväntade kemiska reaktioner."
Kolnanorör är anmärkningsvärda nanostrukturer med en typisk diameter på 1–2 nanometer, vilket är 80, 000 gånger mindre än tjockleken på ett människohår. Dr Khlobystov och hans forskare var nyligen involverade i upptäckten - publicerad i Nature Materials - att nanorör kan användas som en katalysator för produktion av nanoband, atomärt tunna remsor av kol skapade av kol- och svavelatomer. Dessa nanoband kan potentiellt användas som nya material för nästa generation av datorer och datalagringsenheter som är snabbare, mindre och kraftfullare.
I denna senaste forskning, forskarna fann att en enskild atom av rheniummetall (Re) sätter igång en kemisk reaktion som leder till omvandlingen av nanorörets innervägg. Initialt, attacken från Rhenium skapar en liten defekt i nanorörsväggen som sedan gradvis utvecklas till ett utsprång i nanostorlek genom att "äta" ytterligare kolatomer.
Utsprånget ökar sedan snabbt i storlek och tätar sig själv, bildar en unik kolstruktur kallad NanoBud, så kallad eftersom utsprånget på kolnanoröret liknar en knopp på en stjälk.
Tidigare, NanoBuds troddes bildas utanför nanoröret genom reaktioner på den yttre ytan med kolmolekyler som kallas fullerener.
Den nya studien visar för första gången att de kan bildas inifrån, förutsatt att en övergångsmetallatom med lämplig katalytisk aktivitet finns i nanoröret.
I samarbete med Electron Microscopy of Materials Science-gruppen vid Ulm University i Tyskland, forskarna har till och med kunnat fånga "på kameran" den kemiska reaktionen av övergångsmetallatomen med nanoröret i realtid på atomnivå med hjälp av den senaste aberrationskorrigerade högupplösningstransmissionselektronmikroskopin (AC-HRTEM). Deras videor visar nanorör med en diameter på cirka 1,5 nanometer, medan NanoBuds är bara 1 nanometer tvärs över.
