Voor het eerst kunnen organici zien wat ze aan het doen zijn. Met een AFM-microscoop zijn moleculen voor én na een reactie in beeld gebracht, meldt Science.

Die beeldvormingstechniek, met een AFM-naald die extra fijn is gemaakt door een koolstofmonoxidemolecuul op de punt te monteren, is allang niet nieuw meer. Maar tot nu toe waren er alleen maar moleculen mee gekiekt die verder niets deden.

Berkeley Lab-onderzoeker Felix Fischer is dan ook primair geïnteresseerd in wát ze deden. Zijn einddoel is om hele grote polycyclische aromatische koolwaterstoffen te synthetiseren en die te gebruiken als hele kleine stukjes grafeen voor nanotech-toepassingen. Het idee is dan dat je bij deze grafeen-productiemethode de zuiverheid veel beter in de hand moet kunnen krijgen dan wanneer je laagjes van een stuk grafiet probeert los te wrikken.

Hij gaat darbij uit van oligo-fenyleen-1,2-ethynylenen, korte ketens waarin benzeenringen en rechte stukjes met drievoudige C-C bindingen elkaar afwisselen. Als je daar wat energie in stopt, mag je diverse ringsluitingsreacties verwachten en zou je in het uiterste geval inderdaad een heel klein grafeenfragmentje moeten krijgen.

Alleen is van tevoren onmogelijk te voorspellen wélke ringsluitingsreacties je krijgt.

In overleg met AFM-expert Michael Crommie (UC Berkeley) bedacht Fischer om de moleculen op een zilveroppervlak te leggen en het geheel af te koelen tot 269 graden onder nul, zodat ze netjes stil bleven liggen. Met STM-elektronenmicroscopie werden vervolgens de moleculen gelokaliseerd, waarna ze met de AFM-microscoop stuk voor stuk op atomaire schaal konden worden afgetast.

De volgende stap was om het zilver heel eventjes te verhitten tot meer dan 90 graden boven nul, net genoeg om de ringsluitingen op gang te bengen.

Waarna het geheel weer werd afgekoeld, en met de AFM gekeken werd hoe de moleculen er uit waren gaan zien. Het leverde inderdaad een paar verschillende structuren op, en het mooie is dat de plaatjes gedetailleerd genoeg zijn om de (lengte)verschillen tussen enkele, dubbele en drievoudige bindingen te kunnen herkennen.

Wat weer de mogelijkheid geeft om met dichtheidsfunctionaaltheorie te berekenen hoe de reacties vermoedelijk in hun werk gaan. Wat weer aanwijzingen geeft over de manier waarop je te werk moet gaan om echt mooi grafeen te krijgen.

bron: UC Berkeley, Berkeley Lab, Science