Nanografen är ett material som radikalt kan förbättra solceller, bränsleceller, Lysdioder och mer. Vanligtvis, syntesen av detta material har varit oprecis och svår att kontrollera. För första gången, forskare har upptäckt ett enkelt sätt att få exakt kontroll över tillverkningen av nanografen. Genom att göra så, de har belyst de tidigare oklara kemiska processerna i nanografenproduktionen.

grafen, enatomtjocka ark av kolmolekyler, skulle kunna revolutionera framtidens teknik. Enheter av grafen är kända som nanografen; dessa är skräddarsydda för specifika funktioner, och som sådan, deras tillverkningsprocess är mer komplicerad än den för generisk grafen. Nanografen tillverkas genom att selektivt avlägsna väteatomer från organiska molekyler av kol och väte, en process som kallas dehydrering.

"Dehydrering sker på en metallyta som silver, guld eller koppar, som fungerar som en katalysator, ett material som möjliggör eller påskyndar en reaktion, " sa assisterande professor Akitoshi Shiotari från Institutionen för avancerad materialvetenskap. "Men, denna yta är stor i förhållande till de organiska målmolekylerna. Detta bidrar till svårigheten att skapa specifika nanografenformationer. Vi behövde en bättre förståelse för den katalytiska processen och ett mer exakt sätt att kontrollera den."

Shiotari och hans team, genom att utforska olika sätt att utföra nanografensyntes, kom fram till en metod som ger den exakta kontroll som krävs och som dessutom är mycket effektiv. De använde en specialiserad typ av mikroskop som kallas ett atomkraftmikroskop (AFM), som mäter detaljer om molekyler med en nanoskopisk nålliknande sond. Denna sond kan inte bara användas för att detektera vissa egenskaper hos enskilda atomer, men också att manipulera dem.

"Vi upptäckte att metallsonden i AFM kunde bryta kol-vätebindningar i organiska molekyler, " sa Shiotari. "Den skulle kunna göra det mycket exakt med tanke på att spetsen är så liten, och det kan bryta bindningar utan behov av termisk energi. Det betyder att vi nu kan tillverka nanografenkomponenter på ett mer kontrollerat sätt än någonsin tidigare."

För att verifiera vad de såg, teamet upprepade processen med en mängd olika organiska föreningar, i synnerhet två molekyler med mycket olika strukturer som kallas benzonoider och icke-bensonoider. Detta visar att AFM-sonden i fråga kan dra väteatomer från olika typer av material. En sådan detalj är viktig om denna metod ska skalas upp till ett kommersiellt produktionsmedel.

"Jag föreställer mig att den här tekniken kan vara det ultimata sättet att skapa funktionella nanomolekyler från botten och upp, ", sa Shiotari. "Vi kan använda en AFM för att applicera andra stimuli till målmolekyler, som att injicera elektroner, elektroniska fält eller frånstötande krafter. Det är spännande att kunna se, kontrollera och manipulera strukturer i en så otroligt liten skala."