p (Phys.org) —Graphene, uma forma bidimensional de carbono, tem muitas propriedades que o tornam especialmente adequado para nanodispositivos. Para um, mesmo que seja composto de uma rede de átomos de carbono, ele exibe uma condutividade extraordinária por meio de sua rede de elétrons π. Adicionalmente, o grafeno é barato, substrato flexível, tornando-o uma opção prática para a construção do dispositivo. Muitos grupos estão interessados ​​em maneiras de alinhar nanomateriais em superfícies de grafeno ao invés de funcionalizar o grafeno, que muda algumas das propriedades desejáveis ​​do grafeno. p Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Tóquio, a Agência de Ciência e Tecnologia do Japão, a Universidade da Califórnia em Berkeley, o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan, Universidade de Harvard, Universidade Konkuk, e o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley descobriram que os nanofios de ouro (I) cianeto (AuCN) se agrupam no grafeno puro em condições moderadas. Eles determinaram que esses nanofios se alinham espontaneamente com a rede em zigue-zague do grafeno, permitindo estudos sobre a natureza estrutural do grafeno, bem como o projeto controlado de nanoestruturas inorgânicas. O trabalho deles aparece em Nature Nanotechnology .

p Uma das dificuldades em incorporar moléculas inorgânicas ao grafeno é que o grafeno é quimicamente inerte. A maioria dos esforços para produzir uma camada inorgânica em um substrato de grafeno envolve o uso de grafeno com defeitos ou a reação com as bordas de uma fita de grafeno. Este estudo é o único que nanofios formados em grafeno puro. Mais importante, estudos confirmaram que o grafeno permaneceu puro mesmo após a formação dos nanofios. Os nanofios foram removidos usando uma solução básica, produzindo grafeno puro. Além disso, estudos adicionais com vários tipos de superfícies de carbono mostraram que os nanofios AuCN crescem preferencialmente em superfícies de grafeno puro.

p A síntese dos nanofios AuCN foi conduzida em condições relativamente suaves. Tipicamente, este tipo de reação inorgânica em que um composto reage sobre um substrato como o grafeno, é feito usando deposição de vapor químico. A deposição de vapor químico é feita sob condições severas de temperatura e pressão. Lee et al. relatam uma síntese na qual grafeno de camada única e ouro sólido são colocados em uma solução aquosa de persulfato de amônio 250 mM em temperatura ambiente por 17 horas. O ouro pode ser nanopartículas de ouro ou uma microestrutura de ouro, dependendo dos objetivos da reação. O ácido oxida o ouro para formar nanofios. O grafeno serve como substrato para a nucleação e crescimento dos nanofios.

p Estudos de caracterização comprovaram que os nanofios eram compostos exclusivamente por AuCN. Além disso, os nanofios AuCN formam uma estrutura de nanofita na superfície do grafeno de tal forma que são análogos à estrutura de rede em zigue-zague do grafeno. Esta é uma descoberta importante porque as características da rede de grafeno podem ser estudadas observando-se a orientação das nanofitas AuCN. Normalmente estudar a estrutura de rede do grafeno requer preparação de amostra especial e requisitos de substrato que podem ser demorados. Contudo, observando as propriedades da nanofita AuCN usando uma técnica como a microscopia eletrônica de varredura, que requer preparação mínima de amostra, pode-se discernir mais facilmente os limites de grão do grafeno e outras características.

p Como os nanofios seguirão a estrutura da rede de grafeno, Lee et al. demonstrou que era possível controlar a orientação das nanoestruturas. Eles foram capazes de fabricar nanofitas de grafeno de alta qualidade que seguem uma orientação de rede específica. Eles também foram capazes de fabricar cadeias de nanopartículas de ouro alinhadas com a direção da rede em zigue-zague do grafeno.

p Por causa das condições exclusivamente inertes para esta reação, Lee et al. realizou cálculos de primeiro princípio para entender o que promoveu esta formação de nanofio induzida por substrato, que pode fornecer pistas para o desenvolvimento de um mecanismo geral para fazer nanomateriais em condições inertes.

p Eles descobriram que AuCN manteve sua estrutura de cristal hexagonal e grafeno manteve seu sp ² estrutura de carbono. A diferença intercamada entre os cristais AuCN e a folha de grafeno é quase a mesma que a diferença intercamada entre Au (1 1 1) e grafeno. Isso sugere que a interação primária é entre o grafeno e o átomo de ouro em AuCN. Contudo, a energia de ligação para AuCN no grafeno é muito maior do que para Au (1 1 1), sugerindo que os elétrons π do grafeno interagem com o ouro pobre em elétrons em AuCN. Esta interação π única pode ser o ímpeto por trás da ligação espontânea entre os nanofios e o grafeno, e pode ser uma propriedade que pode ser usada para a construção de outros nanomateriais.

p Geral, Lee et al. demonstraram uma síntese fácil de nanofios AuCN de modelo de grafeno que se alinham espontaneamente com a rede em zigue-zague do grafeno puro. Isso permite uma melhor caracterização das propriedades do cristal de grafeno, bem como controlar a orientação dos nanomateriais fabricados. A interação entre os elétrons π e o átomo de ouro em AuCN sem perturbar a rede de carbono do grafeno é uma interação única que pode ser explorada para futuros estudos na construção de nanodispositivos. p © 2015 Phys.org