Novo método para síntese de nanofitas de grafeno abre espaço para grafano

O método também abre caminho para a produção de nanofitas de grafano, versão modificada e promissora de grafeno.

taniager

10 Maio 2011 | 12h21

Crédito: Umeå University, Suécia.

Crédito: Umeå University, Suécia.

A descoberta do grafeno, uma folha de moléculas de carbono estruturadas como favos de mel e com a espessura de apenas um átomo de carbono, rendeu aos físicos Andre Geim e Konstantin Novoselov o Prêmio Nobel de Física em 2010.  Com uma ampla gama de propriedades altamente interessantes e incomuns, o grafeno pode ser um condutor de eletricidade, como o cobre, ou um supercondutor de calor, superando todos os outros materiais conhecidos. Agora, uma equipe internacional de pesquisa descobriu um novo método para produzir cintos de grafeno chamados nanofitas, ao utilizar o hidrogênio. O método também abre caminho para a produção de nanofitas de grafano, uma versão modificada e promissora de grafeno. O artigo “Hydrogenation, Purification, and Unzipping of Carbon Nanotubes by Reaction with Molecular Hydrogen: Road to Graphane Nanoribbons” foi publicado no site da ACS Publications da American Chemical Society recentemente.

Existem possibilidades de alcançar fortes variações das propriedades do grafeno, por exemplo, construindo-o em forma de cintos com larguras diferentes, as chamadas nanofitas. As nanofitas foram produzidas pela primeira vez há dois anos. O método para produzi-las é fazer um corte longitudinal em nanotubos de carbono com um tratamento de oxigênio para transformá-los em nanofitas. No entanto, este método deixa átomos de oxigênio nas bordas das nanofitas, o que nem sempre é desejável.

No novo estudo, a equipe de pesquisa mostra que também é possível abrir longitudinalmente os nanotubos de carbono de espessura de um átomo usando uma reação com hidrogênio molecular. As nanofitas produzidas pelo novo método teriam hidrogênio nas bordas e isso poderia ser uma vantagem para alguns aplicativos. Alexandr Talyzin, físico da Universidade de Umea, Suécia, passou a última década estudando como o hidrogênio reage com fulerenos, que são moléculas de carbono com estrutura idêntica a uma bola de futebol.

“Tratar os nanotubos de carbono com hidrogênio era uma extensão lógica de nossa pesquisa. Nossa experiência anterior foi de grande ajuda neste trabalho”, argumenta Alexandr Talyzin.

Nanotubos são normalmente fechados por “copos” semiesféricos – essencialmente são as metades de moléculas de fulerenos. Os pesquisadores já haviam provado anteriormente que moléculas de fulerenos podem ser completamente destruídas por hidrogenação muito forte. Portanto, esperavam resultados semelhantes para nanotubos e copos quando tentassem abrir os nanotubos usando hidrogenação. O efeito foi confirmado e alguns outros efeitos interessantes também foram revelados.

A descoberta mais interessante foi que alguns nanotubos de carbono foram abertos em nanofitas de grafeno como resultado do tratamento prolongado de hidrogênio. O que é ainda mais emocionante, abrir o nanotubo com hidrogênio anexado às bordas laterais poderia possivelmente levar à síntese de grafeno hidrogenado: o grafano. Até então, a tentativa de sintetizar grafano tinha sido feita, principalmente, pela reação do hidrogênio com o grafeno. Isso parecia ser muito difícil, especialmente se o grafeno fosse sustentado por algum substrato e apenas um lado estivesse disponível para a reação. No entanto, o hidrogênio reage muito mais facilmente com a superfície curva de nanotubos de carbono.

“Nossa nova ideia é usar nanotubos hidrogenados e abri-los em nanofitas de grafano. Até agora, apenas o primeiro passo para a síntese da nanofita de grafano foi dado e muito mais trabalho é necessário para concretizar nossa abordagem”, explica Alexandr Talyzin. “A combinação da experiência com o know-how de vários grupos em diferentes universidades foi a chave para o sucesso”.

Ilya V. Anoshkin, Albert G. Nasibulin, Jiang Hua e Esko i. Kauppinen da Universidade de Aalto, Finlândia, são especialistas na síntese e caracterização de nanotubos de carbono com parede de uma única camada de átomos. Valery M. Mikoushkin, Vladimir V. Shnitov e Dmitry E. Marchenko, da Universidade de São Petersburgo, Rússia, fizeram XPS e outra caracterização usando radiação de sincrotron. DAG Noréus da Universidade de Estocolmo, Suécia, compartilhou sua experiência com reatores de hidrogênio de alta temperatura.