Um grupo de pesquisadores da Universidade de Nagoya, Japão, desenvolveram um novo método para sintetizar nanografenos de forma rápida e eficiente, um tipo de nanocarbono com grande potencial como material de próxima geração.

Nanographenes são as estruturas parciais do grafeno, que é uma folha de átomos de carbono com cerca de 3 nanômetros de espessura com potencial particular para uso no desenvolvimento de semicondutores, tendo mobilidade de elétrons várias centenas de vezes melhor do que os materiais da geração atual. O grafeno foi isolado pela primeira vez em 2004, uma descoberta que recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2010, tornando-se um material muito novo e atualmente objeto de muitas pesquisas.

Com características magnéticas e elétricas além das do grafeno, nanographenes são igualmente de interesse para cientistas no campo de pesquisa de nanocarbono. O maior obstáculo, embora seja emocionante, enfrentado pelos pesquisadores é o grande número de nanographenes potenciais. O número de estruturas nanographene potencialmente possíveis aumenta com o número de anéis de benzeno (6 átomos de carbono em uma formação hexagonal) para torná-los. Por exemplo, mesmo um nanografeno de anel de benzeno relativamente pequeno de 10 pode ter até 16, 000 variantes. Como cada nanografeno tem características físicas diferentes, a chave para a pesquisa aplicada do nanographene é identificar a relação entre a estrutura e as características do maior número possível de nanographenes.

Assim, a tarefa dos cientistas é criar uma biblioteca de nanógrafos, contendo dados sobre as propriedades de tantos nanographenes quanto possível. Contudo, o método atual de síntese de nanografeno, conhecido como reação de acoplamento, é um processo de várias etapas que produz um único nanografeno. Assim, para criar uma biblioteca de 100 nanógrafos, 100 reações de acoplamento separadas teriam que ser realizadas. Mesmo isso seria um empreendimento significativo, tornando a construção de uma biblioteca nanographene verdadeiramente abrangente praticamente impossível.

Para resolver este problema, o grupo de pesquisa da Universidade de Nagoya, liderado pelo professor Kenichiro Itami, têm trabalhado na reação APEX, uma reação que usa hidrocarbonetos aromáticos policíclicos como modelos para sintetizar nanografenos. Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos têm três áreas de sua estrutura - conhecidas como a região K, Região M e região da baía - que pode ser alongada em uma reação APEX, produzindo três nanographenes. Esses nanografenos podem então ser alongados em uma segunda reação, o que significa que um grande número de nanographenes pode ser sintetizado a partir de uma única molécula modelo de hidrocarboneto aromático policíclico.

Com o grupo do Professor Itami já desenvolvido a reação APEX da região K, e outro grupo de cientistas o fez para a região da baía, eles voltaram sua atenção para a região M. Eles ativaram a região M usando a reação Diels-Alder ganhadora do Prêmio Nobel de 1950, e conseguiu realizar uma reação de alongamento na região M ativada, tornando assim todos os três locais possíveis nos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos capazes de sintetizar nanographenes.

Os pesquisadores foram capazes de produzir 13 nanografenos com três reações APEX, com a maioria dessas sendo estruturas não vistas anteriormente, provando assim a eficiência e utilidade deste novo método.

Esta excitante nova pesquisa e seu potencial para acelerar a criação de bibliotecas de nanógrafos é um passo em direção ao desenvolvimento da próxima geração de materiais, que têm o potencial de revolucionar os semicondutores e a energia solar e melhorar a vida em todo o mundo.