Da anni C130 i fullertube, molecole composte da 130 atomi di carbonio, esistono solo in teoria. Ora, alla guida di un team internazionale di scienziati, uno studente di dottorato in fisica dell'UdeM li ha mostrati con successo nella vita reale ed è persino riuscito a catturarne alcuni in una fotografia.
Pubblicata online per la prima volta lo scorso ottobre, la scoperta è stata fatta da Bourret come scienziato a capo di un team interuniversitario che comprendeva anche ricercatori della Purdue University, della Virginia Tech e dell'Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee.
Un tubo pieno è fondamentalmente un insieme di atomi di carbonio disposti in modo da formare una gabbia tubolare chiusa. È correlato ai fullereni, molecole rappresentate come gabbie di esagoni e pentagoni interconnessi e disponibili in un'ampia varietà di dimensioni e forme.
Ad esempio, un C60 il fullerene è composto da 60 atomi di carbonio e ha la forma di un pallone da calcio. È relativamente piccolo, sferico e molto abbondante. C120 i fullereni sono meno comuni. Sono più lunghi e hanno la forma di un tubo ricoperto alle due estremità da due metà di un Do60 fullerene.
Il C130 fullertube (o C130 -D5h , il suo nome scientifico completo) è più allungato del C120 e ancora più raro. Per isolarlo, Bourret e il suo team hanno generato un arco elettrico tra due elettrodi di grafite per produrre fuliggine contenente molecole di fullerene e fullertube. La struttura elettronica di queste molecole è stata quindi calcolata utilizzando la teoria del funzionale della densità (DFT).
"Attingendo ai principi della meccanica quantistica, la DFT ci consente di calcolare strutture elettroniche e prevedere le proprietà di una molecola utilizzando le regole fondamentali della fisica", ha spiegato il supervisore della tesi di Bourret, il professore di fisica dell'UdeM Michel Côté, ricercatore presso l'Institut Courtois dell'università.
Utilizzando uno speciale software, Bourret è riuscito a descrivere la struttura della molecola C130:si tratta di un tubo con due emisferi alle estremità, facendolo sembrare una capsula microscopica. Misura poco meno di 2 nanometri di lunghezza per 1 nm di larghezza.
"La struttura del tubo è fondamentalmente costituita da atomi disposti in esagoni", ha spiegato Bourret. "Alle due estremità, questi esagoni sono collegati da pentagoni, che conferiscono loro la forma arrotondata."
Bourret ha iniziato a svolgere lavori teorici sui fullertube nel 2014 sotto la guida del suo allora supervisore Jiri Patera, un professore di matematica dell'UdeM. Dopo la morte di Patera nel gennaio 2022, Bourret si è rivolto a Côté, che è diventato il suo nuovo supervisore.
Due anni prima, Bourret aveva letto un articolo del professore Steven Stevenson della Purdue University di Fort Wayne, che descriveva l'isolamento sperimentale di alcuni tubi pieni, dimostrandone l'esistenza ma non identificandoli tutti.
Sotto la guida di Côté, Bourret si mise al lavoro per far avanzare la conoscenza sull'argomento.
"Emmanuel aveva una solida conoscenza della matematica astratta", ha ricordato Bourret, "e ha aggiunto una dimensione interessante al mio gruppo di ricerca, che si concentra su approcci più computazionali."
"È difficile dirlo in questa fase, ma una possibilità potrebbe essere la produzione di idrogeno", ha detto Côté. "Attualmente, ciò che viene utilizzato è un catalizzatore fatto di platino e rubidio, entrambi rari e costosi. Sostituendoli con strutture di carbonio come C130 consentirebbe di produrre idrogeno in modo 'più verde'."
I risultati sono pubblicati nel Journal of American Chemical Society .
Ulteriori informazioni: Emmanuel Bourret et al, Colossal C130 Tubi pieni:solubile [5,5] C130 -D5h (1) Molecole incontaminate con 70 nanotubi di carbonio e due emifullerene terminali da 30 atomi, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c09082
Informazioni sul giornale: Giornale dell'American Chemical Society
Fornito dall'Università di Montreal
