För första gången, forskare använde bensen, ett vanligt kolväte, att skapa en ny sorts molekylär nanorör, vilket kan leda till nya nanokolbaserade halvledartillämpningar.

Forskare från kemiska institutionen har arbetat hårt i sitt nyrenoverade laboratorium vid University of Tokyos Graduate School of Science. Den orörda miljön och smarta layouten ger dem gott om möjligheter till spännande experiment. Professor Hiroyuki Isobe och kollegor delar en uppskattning för "vackra" molekylstrukturer och skapade något som inte bara är vackert utan också är ett första för kemi.

Deras feninrör (pNT) är känt för sin tilltalande symmetri och enkelhet, vilket är en stark kontrast till dess komplexa utvecklingsmedel. Kemisk syntes av nanorör är notoriskt svårt och utmanande, och att styra strukturerna i fråga för att tillhandahålla unika egenskaper och funktioner är ännu mer komplext.

Kolnanorör är kända för sin defektfria grafitstruktur, men de varierar mycket i längd och diameter. Isobe och hans team ville ha en enda typ av nanorör, en ny form med kontrollerade defekter inom sin nanometerstora cylindriska struktur som möjliggör ytterligare molekyler för att lägga till egenskaper och funktioner.

Forskarnas nya syntesprocess börjar med bensen, en sexkantig ring med sex kolatomer. De använde reaktioner för att kombinera sex av dessa bensener för att göra en större sexkantig ring som kallas en cyklo-meta-fenylen (CMP). Platinumatomer tillät fyra CMP:er att bilda en öppen kub. När platina tas bort, kuben springer in i en tjock cirkel och denna är utrustad med överbryggande molekyler i båda ändar, möjliggör rörets form.

Det låter komplicerat, men otroligt, denna komplexa process binder framgångsrikt bensinen på rätt sätt över 90 procent av tiden. Nyckeln ligger också i molekylens symmetri, vilket förenklar processen med att montera så många som 40 bensiner. Dessa bensiner, kallas även feniner, används som paneler för att bilda cylindern i nanometerstorlek. Resultatet är en ny nanorörsstruktur med avsiktliga periodiska defekter. Teoretiska undersökningar visar att dessa defekter genomsyrar nanoröret med halvledartecken.

"En kristall av pNT är också intressant:pNT -molekylerna är inriktade och packade i ett galler som är rikt på porer och tomrum, "Isobe förklarar." Dessa nanoporer kan inkapsla olika ämnen som genomsyrar pNT -kristallen med egenskaper som är användbara i elektroniska applikationer. En molekyl som vi lyckades bädda in i pNT var en stor kolmolekyl som kallas fulleren (C70). "

"Ett team ledt av Kroto/Curl/Smalley upptäckte fullerener 1985. Det sägs att Sir Harold Kroto blev kär i den vackra molekylen, "fortsätter Isobe." Vi känner på samma sätt om pNT. Vi blev chockade över att se molekylstrukturen från kristallografisk analys. En perfekt cylindrisk struktur med fyrfaldig symmetri kommer fram från vår kemiska syntes. "

"Efter några decennier sedan upptäckten, denna vackra molekyl, fullerene, har hittat olika verktyg och applikationer, "tillägger Isobe." Vi hoppas att skönheten i vår molekyl också pekar på unika egenskaper och användbara funktioner som väntar på att upptäckas. "

Studien publiceras i tidskriften Vetenskap .