واکنش میان فولرین و هیدروژن درون نانولوله کربنی

آلکساندر تالیزین، یکی از پژوهشگران دپارتمان فیزیک در دانشگاه اوما می‌گوید
شیمی در مقیاس نانو اغلب تفاوت بسیاری با شیمی کربن در مقیاس‌های نرمال دارد.
از این رو نانولوله‌های کربنی مواد ایده‌آلی برای استفاده به‌عنوان مخزن واکنش
محسوب می‌شوند.

روش استاندارد برای انجام واکنش درون نانولوله‌های کربنی آن است که مولکول‌های
مورد نظر، نظیر فولرین، را درون نانولوله‌ها قرار داده تا با این کار مولکول‌ها
با یکدیگر واکنش ‌دهند. دیواره نانولوله کربنی موجب محافظت مولکول‌های درونی از
مولکول‌های خارجی شده و واکنش تنها درون نانولوله اتفاق می‌افتد. به‌محض این که
درون نانولوله‌ها از مولکول فولرین پر شده، انگاه دیگر فضایی برای ورود
مولکول‌های هیدروژن باقی نمی‌ماند. زمانی که چند سال قبل کار در این موضوع آغاز
شد این نظر عمومی میان محققان بود. این پروژه شکی باقی نگذاشت که مولکول‌های
هیدروژن می‌توانند درون فلورین نفوذ کرده و با آن واکنش دهند. این شاهد، تقریبا
مستقیم است، زمانی که دما و فشار هیدروژناسیون به‌مقدار بالایی می‌رسد آنگاه
قفسه فولرین به‌صورت کامل از بین می‌رود و مولکول‌های درشت هیدروژن تشکیل
می‌شوند. این نتیجه هم با استفاده از طیف سنجی رامان و هم با تصویربرداری توسط
میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا اثبات شده است.

این روش، یک مثال دیگر از واکنش‌های شیمیایی است که درون نانوراکتورها اتفاق
می‌افتد به‌صورتی که واکنش در این مقیاس با مقیاس نرمال متفاوت است. در
مولکولی‌های دارای ساختارهای سه بعدی، هر مولکول می‌تواند در تمام جهات ممکن،
بالا پایین چپ و راست، واکنش دهد.

درون نانولوله کربنی، فولرین تنها دو همسایه برای واکنش داد، از سوی دیگر
هیدروژن نیز تنها به یک بعد محدود است. مزیت این روش آن است که یک مولکول درون
نانولوله کربنی تک جداره قابل مشاهده با میکروسکوپ الکترونی با قدرت تفکیک بالا
است، چیزی که برای پودرهای توده‌ای کاری دشوار است. با تصاویر کیفیت بالایی که
در دانشگاه آلتو گرفته شده است، دانشمندان می‌توانند فروریختن مولکول فولرین را
توسط هیدروژن مشاهده کنند. همچنین می‌توان بهم آمیختگی هیدروژن را درون زنجیره
پلیمری و لوله‌های را مشاهده کرد.

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Hydrogen driven collapse of C60
inside of SWNTs در نشریه Angewandte Chemie به چاپ رسیده است.