Versátil eletrônico do Graphene, propriedades químicas e mecânicas o colocaram no centro do palco na pesquisa das ciências físicas, com atenção atualmente focada em suas aplicações potenciais. Especialistas em computação estão contribuindo com percepções exclusivas, investigando estruturas baseadas em grafeno in silico. Ao explorar a estrutura e as propriedades do grafona - grafeno que é hidrogenado de um lado - uma equipe de pesquisa de Cingapura e dos EUA forneceu um modelo potencial para empacotar moléculas. Essas estruturas podem ser úteis para capturar moléculas para armazenamento de energia ou aplicações biológicas.

Liderado por Chilla Damodara Reddy, do A * STAR Institute of High Performance Computing, Cingapura, a equipe de pesquisa construiu computacionalmente uma grande folha quadrada de grafeno com átomos de hidrogênio ligados covalentemente acima de todos os outros átomos de carbono para formar um domínio de grafona. Dependendo do tamanho do domínio, as regiões de grafone distorcidas em três arquiteturas tridimensionais distintas. Domínios pequenos se transformaram em uma forma de tampa, enquanto domínios maiores resultaram na interface de grafeno e segmentos de grafona curvando-se em direções opostas com o centro do patch de grafona permanecendo plano. Um terceiro, intermediário, a morfologia mostrou ondulações tanto na interface grafona / grafeno quanto no centro da grafona hidrogenada. Uma incompatibilidade de rede de 5% entre o grafeno e o grafone causou as distorções tridimensionais.

Todas as estruturas eram estáveis ​​bem acima da temperatura ambiente. Reddy e colegas de trabalho também observaram os chamados "poços de energia" nos domínios do grafone, que eles testaram para determinar se eles podiam ou não capturar moléculas. Eles usaram fulerenos como suas moléculas modelo.

Os pesquisadores projetaram materiais com domínios de grafona a uma distância adequada e de diâmetro apropriado para otimizar o aprisionamento de várias moléculas dentro dos poços de energia. Eles também propuseram um espaçamento mínimo entre os domínios para evitar a instabilidade entre as moléculas aprisionadas de domínios vizinhos.

Reddy e seus colegas de trabalho ampliaram o trabalho para explorar a possibilidade de capturar vários fulerenos em um domínio de grafone. Eles mostraram que um domínio com um diâmetro de 2 nanômetros pode capturar três fulerenos em uma matriz triangular, enquanto um com um diâmetro de 4 nanômetros pode capturar doze moléculas em diferentes ondulações do domínio da grafona (veja a imagem). Essas estruturas também eram estáveis ​​à temperatura ambiente; embora em temperaturas muito altas - acima de 700 kelvin - as moléculas pudessem escapar dos limites do poço de energia.

"Nossas estruturas baseadas em grafeno fornecem um modelo potencial para empacotar outras moléculas, como moléculas de hidrogênio e metanol, que poderia ser usado em aplicações de energia, "dizem os pesquisadores. Eles também podem capturar proteínas e DNA para uso em aplicações biológicas.