Il y a un nouveau nanomatériau sur le bloc. Des chimistes de l’Université de l’Oregon ont trouvé un moyen de fabriquer des molécules à base de carbone avec une caractéristique structurelle unique : les anneaux imbriqués.
Comme d’autres nanomatériaux, ces molécules liées entre elles ont des propriétés intéressantes qui peuvent être « ajustées » en modifiant leur taille et leur composition chimique. Cela les rend potentiellement utiles pour un éventail d’applications, telles que des capteurs spécialisés et de nouveaux types d’électronique.
« C’est une nouvelle topologie pour les nanomatériaux de carbone, et nous découvrons de nouvelles propriétés que nous n’avions pas pu voir auparavant », a déclaré James May, étudiant diplômé en laboratoire du professeur de chimie Ramesh Jasti et premier auteur de l’article. May et ses collègues rapportent leurs découvertes dans un article publié dans Chimie naturelle.
Bien que d’autres laboratoires aient également synthétisé divers types de molécules imbriquées, la méthode du laboratoire Jasti permet de relier entre elles des structures de type nanotube de carbone. Cela permettra aux chimistes de faire de nombreuses variations différentes sur la structure et d’explorer plus en détail les propriétés des nouveaux matériaux.
« Vous pouvez créer des structures que vous ne pouvez pas avec d’autres méthodes », a déclaré Jasti.
Par exemple, son équipe a utilisé l’approche pour fabriquer trois anneaux imbriqués, ainsi qu’une structure en forme de tige avec plusieurs anneaux qui peuvent glisser de haut en bas. L’avancée est née des travaux de Jasti sur les nanohoops, des anneaux d’atomes de carbone qui sont une variante épurée de longs nanotubes de carbone fins.
« Parce que nous sommes capables de créer ces structures circulaires à volonté, j’ai commencé à penser, pourriez-vous créer des choses qui n’existent tout simplement pas dans la nature? » dit Jasty. « C’est là que cette idée d’anneaux imbriqués est entrée en jeu. »
Trouver une série de réactions chimiques qui pourraient générer les structures cycliques compliquées a nécessité une approche créative. Leur solution repose sur l’ajout d’un atome de métal stratégiquement placé à un anneau. Ce métal déclenche la réaction chimique pour créer le deuxième anneau, le forçant à se produire à l’intérieur du premier anneau. Une fois que cette réaction se produit, le deuxième anneau est piégé, verrouillé avec le premier anneau.
« Nous sommes en mesure de faire en sorte que la chimie se produise à l’intérieur d’un espace où elle pourrait ne jamais se produire », a déclaré May.
Les molécules imbriquées se comportent différemment si leur taille change ou si les anneaux sont disposés différemment ou si différents éléments chimiques sont jetés dans le mélange. En procédant à des ajustements à l’échelle nanométrique, les scientifiques pourraient améliorer le matériau pour faire exactement ce qu’ils veulent qu’il fasse. Parce que la classe de matériaux est si nouvelle, les scientifiques sont encore en train de découvrir toutes les possibilités.
Mais l’équipe de Jasti s’intéresse particulièrement à leur potentiel en tant que capteurs, où un changement de position des anneaux en réponse à un produit chimique particulier pourrait conduire à une lueur fluorescente.
Ils pourraient également être utilisés pour créer des composants électroniques flexibles ou des matériaux biomédicaux dynamiques.
« Les nanomatériaux de carbone typiques comme les nanotubes de carbone, le graphène ou même le diamant sont des matériaux statiques », a-t-il déclaré. « Ici, nous avons créé de nouveaux types de nanomatériaux de carbone qui conservent leurs propriétés électriques et optiques fascinantes, mais qui ont désormais la capacité de faire des choses comme la rotation, la compression ou l’étirement. »
Plus d’information:
James H. May et al, Stratégie de modèle actif pour la préparation de nanocarbones imbriqués π-conjugués, Chimie naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41557-022-01106-9