Kol är ett av de mest mångsidiga elementen:det utgör grunden för ett enormt antal kemiska föreningar, den har flera allotroper av olika dimension, och den uppvisar många olika bindningsgeometrier. Av denna anledning, kolmaterial har haft en speciell plats inom materialforskning under lång tid. Även om de tredimensionella formerna av kol-diamant och grafit-är kända sedan antiken, det dröjde till 1985 innan den första lågdimensionella kolallotropen, den kvasi-noll-dimensionella fulleren, var upptäckt. Strax efter detta, 1991, de endimensionella kolnanorören uppmärksammades av det vetenskapliga samfundet, och 2004 den tvådimensionella kolallotropen, grafen, blev experimentell verklighet. Olika kombinationer av kolallotroper, till exempel fullerenefyllda kolnanorör (kolpeapoder) och grafit som interkaleras av fullerener har redan gjorts.

I artikeln publicerad i Vetenskapliga framsteg , forskarna vid universitetet i Wien visar ett hybridkolsystem, kallad buckyballsmörgås, där ett enda lager fullerener är inkapslat mellan två grafenark (bild 1). Analysen av strukturen via atomlöst skanningsöverföringselektronmikroskopi gav insikter i molekylernas dynamik. Vid kanterna på fullerenlagren, forskarna kunde observera diffusionen av enskilda fullerener i fickan av grafenmackan (Illustration 2):På grund av fullerenernas rörelse, de är bara delvis synliga i bilden (inspelad rad för rad, så att mobila fullerener bara visas på några av raderna). Dessutom, fullerener visade sig rotera inuti smörgåsen - men denna rotation blockerades när fullerenerna slogs samman till större föremål på grund av förlängd elektronbestrålning.

Med fulleren-grafensystemet, forskarna har skapat ett nytt material som fyller en lucka i de tillgängliga kombinationerna av hybridkol heterostrukturer. Grafenmackan ger en reaktionskammare i nanoskala och ett rent gränssnitt till mikroskopvakuumet, som gör det möjligt att observera molekylär dynamik i transmissionselektronmikroskopet. Därför förväntar sig forskarna att detta arbete också öppnar många nya vägar för att studera strukturen och dynamiken hos molekyler på liknande sätt inkapslade i 2D -utrymmet mellan grafenark.