Embora o nanographene seja insolúvel em água e solventes orgânicos, Pesquisadores da Universidade Kumamoto (KU) e do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) descobriram uma maneira de dissolvê-lo na água. Usando "recipientes moleculares" que encapsulam moléculas insolúveis em água, os pesquisadores desenvolveram um procedimento de formação para uma camada de nanografeno que interage quimicamente com a substância subjacente, simplesmente misturando os recipientes moleculares e nanographene juntos na água. Espera-se que o método seja útil para a fabricação e análise de nanomateriais funcionais de próxima geração.

O grafeno é uma única camada de átomos de carbono dispostos em forma de folha. É mais leve que o metal com características elétricas superiores, e atraiu a atenção como um material de última geração para eletrônicos. Grafeno nano-dimensionado estruturalmente definido, ou seja, nanografeno, tem propriedades físicas diferentes do grafeno. Embora o nanografeno seja um material atraente para semicondutores orgânicos e dispositivos moleculares, seu grupo molecular é insolúvel em muitos solventes, e suas propriedades físicas fundamentais não são suficientemente compreendidas.

Micelas podem ser usadas para dissolver substâncias insolúveis em água na água. O sabão é um exemplo familiar de micela. Quando as micelas de sabão se misturam com água, bolhas que são hidrofóbicas por dentro e hidrofílicas por fora começam a se formar. Essas bolhas retêm a sujeira à base de óleo e facilitam a lavagem com água. O Dr. Michito Yoshizawa, da Tokyo Tech, usou essa propriedade de micelas para desenvolver cápsulas de micelas anfipáticas (moléculas que possuem propriedades hidrofóbicas e hidrofílicas). Expandindo o trabalho do Dr. Yoshizawa, pesquisadores da KU desenvolveram uma cápsula de micela para grupos de compostos insolúveis de nanografeno.

Os pesquisadores da KU utilizaram cápsulas de micelas compostas de estruturas químicas específicas (antraceno) como recipientes moleculares e habilmente fizeram uso de interações de moléculas para ingerir moléculas de nanografeno de forma eficiente nas cápsulas. As cápsulas de micelas agem como presentes do Papai Noel, as moléculas de nanografeno altamente hidrofóbicas (o brinquedo) dentro da cápsula (a caixa / papel de embrulho) são transportadas para a superfície do substrato de ouro (Au) debaixo d'água (a árvore de Natal). As cápsulas micelares então sofrem uma mudança de estado molecular (equilíbrio) na solução aquosa ácida. O nanographene que estava dentro da micela é adsorvido e organizado no substrato Au, uma vez que, sem sua 'embalagem protetora', não se dissolve na água.

Usando um microscópio de varredura eletroquímica de túnel (EC-STM), que resolve as superfícies do material no nível atômico, os pesquisadores observaram com sucesso três tipos de moléculas de nanografeno (ovalene, circobifenil, e dicoronileno) em resolução em escala molecular pela primeira vez no mundo. As imagens mostraram que as moléculas adsorvidas no substrato de Au estavam regularmente alinhadas e formaram uma camada de adlayer molecular 2-D altamente ordenada.

Este método de fabricação de camada molecular usa moléculas com limitações de solubilidade, mas também pode ser usado para outros tipos de moléculas. Além disso, deve chamar a atenção como uma tecnologia amiga do ambiente, uma vez que não requer o uso de solventes orgânicos prejudiciais. A equipe de pesquisa espera que ele abra novas portas na pesquisa científica do nanógrafo.

"Alguns anos atrás, A KU enfrentou desafios significativos devido aos terremotos de Kumamoto em 2016. Enquanto nos recuperávamos deste desastre, A Tokyo Tech aceitou alunos de graduação sênior de nosso laboratório como auditores especiais. Este projeto de pesquisa colaborativa começou a partir desse ponto. Os resultados deste trabalho são um resultado direto da rápida resposta e cooperação amável da Tokyo Tech durante a difícil situação que enfrentamos aqui em Kumamoto. Nós realmente apreciamos sua ajuda generosa, "disse o líder do projeto, o professor associado Soichiro Yoshimoto, da Universidade de Kumamoto." O método que desenvolvemos também pode ser aplicado a um grupo de moléculas com uma estrutura química maior. Esperamos ver este trabalho levar ao desenvolvimento de fios moleculares, novos materiais de bateria, crescimento de cristal de filme fino a partir de designs moleculares precisos, e a elucidação posterior das propriedades físicas fundamentais. "

O resultado desta pesquisa foi postado no Angewandte Chemie International Edition no dia 23 ^rd de outubro de 2018.