Omöjlig gasreaktion blev möjlig inuti kolnanorör
Kolnanorör med endast en atom tjocka väggar har unika egenskaper som gör dem lovande att använda, till exempel i elektronikkomponenter. Fysiker vid Umeå universitet och Aalto-universitetet fick en överraskning när de försökte få fullerener och vätgas att reagera med varandra inuti ett kolnanorör. Något som inte borde gå blev plötsligt möjligt.
– Kemi i nanometerskala fungerar ofta helt annorlunda än i normal skala, säger docent Alexandr Talyzin vid institutionen för fysik, Umeå universitet.
Hans forskargrupp har tillsammans med kollegor från professor Esko Kauppinens grupp vid Aalto-universitetet i Helsingfors, Finland, tidigare upptäckt en metod att använda hålrummen i kolnanorör som endimensionella reaktorer för att framställa remsor av det supertunna kolmaterialet grafen.
I den nu aktuella studien, som publicerats som ”VIP-nyhet” i den ansedda vetenskapstidskriften Angewandte Chemie, har de prövat att inuti kolnanorör få vätgas att reagera med fullerener, klotformiga kol-60-molekyler som ser ut som fotbollar.
Experiment under högt tryck
Standardmetoden för att utföra kemiska reaktioner inuti kolnanorör är att fylla rörets inre med kol-60-molekyler och få dem att reagera med varandra, förklarar Alexandr Talyzin.
Nanorörets väggar antas skydda de inkapslade kol-60-molekylerna från den omgivande miljön och omöjliggöra reaktioner med molekyler och atomer som finns utanför röret. Det var den gängse uppfattningen när forskargruppen i Umeå inledde sina försök för några år sedan.
– Tänk dig att du fyller ett rör med tennisbollar, precis så många som finns plats för. Försök sedan stoppa in en massa pingisbollar. Självklart går det inte, de får inte plats mellan tennisbollarna, säger Alexandr Talyzin.
Men, om tennisbollarna är kol-60-molekyler och pingisbollarna vätgasmolekyler och experimentet görs under högt tryck och i 500-550-gradig temperatur blir det omöjliga möjligt, visar umeforskarna.
Vätekolmolekyler bildas
Vätgasen tar sig in i röret och reagerar med kol-60-molekylerna. Reaktionen gör att kolmolekylerna kollapsar och i stället bildas nya vätekolmolekyler, vilket forskargruppen kunnat se med hjälp av Ramanspektroskopi och högupplöst elektronmikroskopi.
– Nu har vi direkta bevis för att molekyler som inkapslas i kolnanorör faktiskt kan reagera med gaser. Det öppnar enorma möjligheter att syntetisera nya hybridmaterial, säger Alexandr Talyzin.
Studien ger också ytterligare stöd för att kemiska processer i nanoformat inte följer samma lagar som ”vanlig” kemi. I en tredimensionell struktur kan molekyler reagera med sina grannar åt alla håll, uppåt, nedåt och i sidled.
– Inuti kolnanoröret är situationen en annan, säger Alexandr Talyzin. Där får kol-60-molekylen bara grannar åt höger och vänster så att säga och de kan bara reagera med varandra genom att bilda kedjor. Det gör också att reaktionen med vätgas blir annorlunda. Vi kallar det effekten av inneslutning.
INFORMATION & KONTAKT
Artikeln är publicerad i tidskriften Angewandte Chemie som VIP paper och har titeln ”Hydrogen driven collapse of C60 inside of SWNTs”. Författare är Alexandr V. Talyzin, Serhiy M. Luzan, Ilya V. Anoshkin, Albert G. Nasibulin, Hua Jiang, Esko I. Kauppinen.
Läs mer om Alexandr Talyzins forskning
