Et nyt fullertube-molekyle er fundet

I årevis, C₁₃₀ fullertubes – molekyler opbygget af 130 carbonatomer – har kun eksisteret i teorien. Nu har en UdeM-ph.d.-studerende i fysik i spidsen for et internationalt hold af forskere med succes vist dem i det virkelige liv – og endda formået at fange nogle på et fotografi.

Opdagelsen blev først offentliggjort online i oktober sidste år, og opdagelsen blev gjort af Bourret som ledende videnskabsmand for et inter-universitetshold, der også omfattede forskere fra Purdue University, Virginia Tech og Oak Ridge National Laboratory i Tennessee.

Et fullerrør er dybest set en samling af carbonatomer arrangeret til at danne et lukket rørformet bur. Det er relateret til fullerener, molekyler, der er repræsenteret som bure af indbyrdes forbundne sekskanter og femkanter og kommer i en lang række forskellige størrelser og former.

For eksempel en C₆₀ fulleren består af 60 kulstofatomer og er formet som en fodbold. Det er relativt lille, sfærisk og meget rigeligt. C₁₂₀ fullerener er mindre almindelige. De er længere og formet som et rør med hætte i hver ende med de to halvdele af en C₆₀ fulleren.

Fundet i sod

C₁₃₀ fullertube (eller C₁₃₀ -D_5t , dets fulde videnskabelige navn) er mere aflang end C₁₂₀ og endnu sjældnere. For at isolere det genererede Bourret og hans team en elektrisk lysbue mellem to grafitelektroder for at producere sod indeholdende fulleren- og fullertube-molekyler. Den elektroniske struktur af disse molekyler blev derefter beregnet ved hjælp af tæthedsfunktionel teori (DFT).

"Med udgangspunkt i kvantemekanikkens principper gør DFT os i stand til at beregne elektroniske strukturer og forudsige et molekyles egenskaber ved hjælp af fysikkens grundlæggende regler," forklarede Bourrets specialevejleder, UdeM fysikprofessor Michel Côté, en forsker ved universitetets Institut Courtois.

Ved hjælp af speciel software var Bourret i stand til at beskrive strukturen af ​​C130-molekylet:Det er et rør med to halvkugler i enderne, hvilket får det til at ligne en mikroskopisk kapsel. Den måler lige under 2 nanometer lang og 1 nm bred.

"Rørets struktur består grundlæggende af atomer arrangeret i sekskanter," sagde Bourret. "I de to ender er disse sekskanter forbundet med femkanter, hvilket giver dem deres afrundede form."

Bourret begyndte at lave teoretisk arbejde på fullertubes i 2014 under sin daværende vejleder Jiri Patera, en UdeM matematikprofessor. Efter Patera døde i januar 2022, henvendte Bourret sig derefter til Côté, som blev hans nye supervisor.

Eksistens vist i 2020

To år forinden havde Bourret læst en artikel af Purdue University ved Fort Wayne-professor Steven Stevenson, som beskrev den eksperimentelle isolation af visse fullerrør, der demonstrerede deres eksistens, men ikke identificerede dem alle.

Under Côtés vejledning gik Bourret i gang med at fremme viden om emnet.

"Emmanuel havde en stærk baggrund i abstrakt matematik," huskede Bourret, "og han tilføjede en interessant dimension til min forskningsgruppe, som fokuserer på mere beregningsmæssige tilgange."

"Det er svært at sige på nuværende tidspunkt, men en mulighed kan være produktionen af ​​brint," sagde Côté. "I øjeblikket er det, der bruges, en katalysator lavet af platin og rubidium, som begge er sjældne og dyre. Udskiftning af dem med kulstofstrukturer såsom C₁₃₀ ville gøre det muligt at producere brint på en 'grønnere' måde."

Resultaterne er offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

Flere oplysninger: Emmanuel Bourret et al., Colossal C₁₃₀ Fullertubes:Opløseligt [5,5] C₁₃₀ -D_5t (1) Uberørte molekyler med 70 nanorørs kulstof og to 30-atom hemifulleren endehætter, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c09082

Journaloplysninger: Tidsskrift for American Chemical Society

Leveret af University of Montreal