På grund av sina unika egenskaper har enväggiga kolnanorör föreslagits som ett lovande material för elektronik, optik och inom andra områden inom materialvetenskap. När forskare från Umeå universitet och Aalto -universitet försökte utföra en reaktion mellan vätgas och fullerenmolekyler inkapslade i nanorör visade sig något mycket osannolikt plötsligt vara möjligt.
"Kemi på nanometerskalan verkar ofta vara annorlunda jämfört med kemi i normal skala och kolnanorör ger idealiska förutsättningar för studier av reaktioner i nanospace, säger Alexandr Talyzin, docent vid Institutionen för fysik, Umeå universitet.
Standardgodkännande för att göra kemiska recationer inuti enväggiga kolnanorör, SWNT, är att fylla det inre utrymmet med molekyler (t.ex. fullerener, bildar så kallade peapods) och får dem att reagera med varandra.
Nanorörsväggarna skyddar sedan de inkapslade molekylerna från yttre rymden och omöjliggör reaktioner med molekyler och atomer utanför röret. När SWNT:erna är fyllda med C 60 molekyler finns det inte tillräckligt med utrymme för vätemolekyler att gå i. Det var den vanliga uppfattningen när forskargrupperna startade sina experiment för några år sedan.
Men deras experiment lämnar ingen tvekan, väte tränger faktiskt in i peapods och reagerar med fullerener. Beviset är ganska direkt, när temperaturen och trycket för hydrogenering tas till extrema värden kollapsar fullerenburen helt och stora vätemolekyler bildas. Detta bekräftades både av Raman -spektroskopi och högupplöst TEM.
Studien ger ytterligare ett exempel på att kemiska reaktioner i nanoreaktorer inte alltid är desamma som vid "normala" förhållanden. I tredimensionell struktur kan molekyler reagera med sina grannar i alla möjliga riktningar, upp, ner, höger, vänster etc.
"Inuti kolnanorör har fullerenmolekyl endast två grannar, låt oss säga till höger och till vänster. Liknande, reaktionen med väte är också begränsad till endimension, säger Alexandr Talyzin.
En stor fördel är att även enstaka molekyler inuti SWNT kan observeras med hjälp av elektronmikroskopi med hög upplösning, något extremt svårt för bulkpulver, han lägger till. Högkvalitativa bilder som samlats in vid Aalto -universitetet tillät forskarna att inte bara observera väteinducerad kollaps av C60, men också vätgasdriven koalescens av molekyler till kedjepolymerer och tubuli.
"Det vi lärt oss är ett ganska allmänt resultat för nanokemi. Nu har vi direkt bevis för att molekyler inuti SWNts kan reageras med gaser. Det öppnar enorma möjligheter för syntes av nya hybridmaterial och kemisk modifiering av inkapslade molekyler och material, säger Alexandr Talyzin.
