استفاده از گرافن در به‌دام انداختن مولکول‌ها

گروهی از محققان در سنگاپور و آمریکا با بررسی ساختار و ویژگی‌های گرافون (گرافنی که یک سمت آن هیدروژنه شده است)، بستر بالقوه‌ای برای بسته‌بندی مولکول‌ها ارائه داده‌اند. از این ساختارها می‌توان در به‌دام انداختن مولکول‌ها برای ذخیره انرژی یا کاربردهای زیستی بهره برد.

به‌دلیل ویژگی‌های جذاب الکترونیکی،
شیمیایی و مکانیکی گرافن، در حال حاضر تحقیقات زیادی روی کاربردهای این
ماده در حال انجام است. متخصصان عرصه محاسبات با بررسی ساختار گرافن در
فضای مجازی، اطلاعات جدیدی درباره این ماده ارائه می‌دهند. حال گروهی از
محققان در سنگاپور و آمریکا با بررسی ساختار و ویژگی‌های گرافون (گرافنی که
یک سمت آن هیدروژنه شده است)، بستر بالقوه‌ای برای بسته‌بندی مولکول‌ها
ارائه داده‌اند. از این ساختارها می‌توان در به‌دام انداختن مولکول‌ها برای
ذخیره انرژی یا کاربردهای زیستی بهره برد.

این گروه تحقیقاتی که رهبری آن را شیلا دامودارا ردی از موسسه محاسبات با
عملکرد بالا در A*STAR سنگاپور بر عهده داشته است، به‌صورت محاسباتی یک
گرافن مربعی بزرگ ایجاد کردند که در آن اتم‌های هیدروژن به‌صورت کوالانسی
به هر اتم کربن دیگر متصل بوده و یک دامنه گرافونی را شکل می‌دادند. بسته
به اندازه این دامنه‌ها، ناحیه‌های گرافونی به شکل ساختارهای سه‌بعدی مشخص
تغییر شکل دادند. دامنه‌های کوچک به شکل کلاهک درآمده و دامنه‌های بزرگ
منجر به ایجاد یک سطح تماس منحنی‌شکل میان گرافن و گرافون شدند که در آن
مرکز بخش گرافونی همچنان به‌صورت مسطح باقی می‌ماند. مورفولژی سوم یک حالت
حد واسط است که هم در سطح تماس گرافن/گرافون و هم در مرکز گرافون هیدروژنه
حالت موجی از خود نشان می‌دهد. عدم تطابق شبکه‌ای میان گرافن و گرافون (۵
درصد) موجب ایجاد این بی‌نظمی‌های سه‌بعدی می‌شود.

تمام این ساختارها در دمای بالاتر از دمای اتاق پایدار بودند. ردی و
همکارانش همچنین چاه‌های انرژی را در بخش گرافونی مشاهده کرده و قابلیت به
دام افتادن مولکول‌ها در این چاه‌ها را بررسی کردند. آنها از فولرین به‌عنوان
مولکول مدل بهره بردند.

 

 
آرایه‌ای از دامنه‌های گرافونی (آبی)، حاوی مولکول‌های فولرین به دام
افتاده (قرمز) در یک بستر گرافنی
 
این محققان یک ماده حاوی دامنه‌های گرافونی
با فاصله مناسب و قطر مطلوب را طراحی کردند تا به شکل بهینه چندین مولکول
را در چاه‌های انرژی به‌دام اندازند. آنها همچنین یک فاصله حداقلی میان
دامنه‌ها ارائه دادند تا از ایجاد ناپایداری میان مولکول‌های به‌دام افتاده
در دامنه‌های مجاور هم جلوگیری کنند.

ردی و همکارانش کار خود را توسعه داده و امکان به‌دام انداختن چندین مولکول
فولرین درون یک دامنه گرافونی را بررسی نمودند. آنها نشان دادند که یک
دامنه با قطر ۲ نانومتر می‌تواند سه مولکول فولرین را در یک آرایش مثلثی، و
یک دامنه با قطر ۴ نانومتر ۱۲ مولکول را در موج‌های مختلف دامنه گرافنی
به‌دام اندازد. این ساختارها نیز در دمای اتاق پایدار بودند. با این حال در
دمای بالای ۷۰۰ کلوین این مولکول‌ها توانستند از چاه انرژی فرار کنند.

جزئیات این کار در مجله Nanotechnology منتشر شده است.