Uma equipe de cientistas siberianos e colegas estrangeiros calculou os parâmetros que influenciam a intensidade da reação entre os nanotubos de carbono e as ftalocianinas - compostos complexos contendo nitrogênio. As construções híbridas com base nelas são consideradas como novos materiais para baterias de células solares, sensores e dispositivos ópticos. O trabalho foi publicado em Ciência de Superfície Aplicada .

Muitos novos materiais para dispositivos fotoelétricos combinam dois elementos químicos orgânicos e não orgânicos. O primeiro pode ser representado por nanotubos de carbono - cilindros ocos com paredes feitas de hexágonos com átomos de carbono nos vértices. A parte orgânica pode ser constituída por compostos heterocíclicos, como ftalocianinas. Essas substâncias consistem em vários anéis de carbono ligados a átomos de nitrogênio e são capazes de formar complexos com metais. Esta combinação não é arbitrária:as moléculas cíclicas doam elétrons, e as nanoestruturas de carbono os aceitam. As transições contínuas garantem a condutividade elétrica em um material fotoelétrico.

"Um dos problemas com híbridos como esse é a baixa estabilidade da ligação química entre as partes orgânicas e não orgânicas. Como resultado, as ftalocianinas tornam-se bastante móveis na superfície dos nanotubos de carbono. Esta é uma desvantagem, como neste caso, certas propriedades não são atribuídas ao material de maneira homogênea, "disse Pavel Krasnov, pesquisador associado sênior do Institute for Nanotechnologies, Espectroscopia, e Química Quântica, Universidade Federal da Sibéria.

No decorrer do trabalho, os cientistas consideraram a dependência da estabilidade da ligação nanotubos-ftalocianinas em uma série de parâmetros, tais como diâmetro e forma da nanoestrutura de carbono, natureza do metal formando um complexo com o componente orgânico, e assim por diante. Como resultado da modelagem mecânica quântica, os pesquisadores descobriram quais parâmetros devem ser alterados e como aumentar a estabilidade da ligação ao máximo.

Os químicos descobriram que a posição de uma molécula de ftalocianina em relação a um tubo era um fator importante. A ligação mais forte foi observada quando uma molécula orgânica em forma de cruz "abraçou" o cilindro, como uma preguiça abraçando um galho grosso. O tipo de metal que forma um complexo com a ftalocianina também desempenha um papel importante:Na faixa de cobalto-zinco-cobre, a resistência da ligação diminui. Outra relação interessante foi descoberta entre a orientação da grade de hexágonos e seu tamanho. Para nanotubos com diâmetro menor que 10,5 Å (um angstrom é 10-10m), a ligação mais estável é formada no caso de uma configuração "poltrona" quando as conexões dos hexágonos na grade que são perpendiculares ao eixo do tubo são em forma de cadeira. Em caso de diâmetro maior, a forma mais vantajosa é "ziguezague".

"As relações descobertas ajudarão a criar nanoestruturas híbridas alvo com a maior capacidade de ligação entre nanotubos de carbono e ftalocianinas. Esses materiais podem ser usados ​​em muitas áreas, mas seu principal objetivo é fotoeletrônica, "conclui Pavel Krasnov.