Kolommen ontworpen op basis van nanografenen

Grafeen is een koolstofmateriaal dat extreem dunne lagen vormt. Door zijn ongebruikelijke eigenschappen is het interessant voor veel technische toepassingen. Dit geldt ook voor polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s), die kunnen worden beschouwd als uitsnijdingen van grafeen. Ze worden beschouwd als veelbelovende materialen voor organische fotovoltaïsche energie of voor veldeffecttransistoren.

Grote, enkellaagse PAK-moleculen – vaak nanografenen genoemd – zijn goed onderzocht. Daarentegen is er weinig bekend over PAK’s die zijn gerangschikt in kolomvormige stapels met meerdere lagen.

Gericht op meerlagige nanografenen

Nu opent zich een nieuwe benadering van deze materialen: onderzoekers van Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in Beieren, Duitsland, presenteren een geavanceerde methode voor het ontwerpen van nauwkeurig gedefinieerde, meerlagige nanografenen in het tijdschrift Natuurchemie.

“In ons laboratorium hebben we een op maat gemaakt nanograafeen gesynthetiseerd dat is uitgerust met twee holtes aan beide zijden van de vlakke kern”, zegt professor Frank Würthner, hoofd van het JMU Center for Nanosystems Chemistry. De holtes worden gevormd door de aanhechting van omvangrijke substituenten. Hierdoor kan het nanografeen maximaal twee kleinere PAK’s aan de boven- en onderkant bevatten.

In hun experimenten merkten de chemici van Würzburg op dat het nanografeen in oplossing twee- en drielaagse PAK-complexen vormde. Bovendien was het team in staat paren van deze complexen te isoleren als vaste stoffen, dat wil zeggen als vier- en zeslaagse PAK’s, evenals andere meerlaagse verbindingen.

De structurele details van deze producten werden bevestigd door kristallograaf Dr. Kazutaka Shoyama; promovendi Magnus Mahl en MA Niyas realiseerden de synthese, supramoleculaire bindingsstudies en kwantumchemische berekeningen.

Mogelijke toepassing in zonnecellen

“Ons concept voor het organiseren van meerlagige nanografenen moet toepasbaar zijn op het ontwerp van functionele organische materialen”, legt professor Würthner uit. Hij zegt dat de strategie om meerlagige nanografenen te gebruiken voor het genereren van ladingsdragers in zonnecellen veelbelovend is.