Nanomaailmalla näyttää olevan uusi pallo potkittavanaan

Brownin yliopiston tutkijat ovat osoittaneet ensimmäiset kokeelliset todisteet 80 booriatomista koostuvasta "buckyball"-molekyylistä. Uusi rakenne on hiili-buckyballin serkku, joka tunnettiin aiemmin nimellä Buckminsterfullereeni.

Se on jalkapallon muotoinen 60 hiiliatomista koostuva molekyyli, joka auttoi käynnistämään nanoteknologian vallankumouksen, kun se löydettiin hieman yli 40 vuotta sitten.

Todisteet uudesta nanorakenteesta tulevat fotoelektronispektroskopiasta, joka tarjoaa eräänlaisen sormenjäljen eri molekyylimuodoille ja -rakenteille.

”En todellakaan uskonut, että tämä rakenne olisi vakaa ja sellaisen olemassaolon voisi kumota”, sanoi Lai-Sheng Wang, Brownin yliopiston kemian professori ja artikkelin vastaava kirjoittaja. ”Mutta kun opiskelijani näytti minulle boori-80-klusterin spektrin palattuani matkalta, en voinut uskoa sitä.”

Hiili on pitkään ollut nanoteknologian maailman tähti. Sen elektronien konfiguraatio mahdollistaa kaikenlaisten mielenkiintoisten muotojen – kuten buckyballien, nanoputkien ja yhden atomin paksuisten grafeenilevyjen – valmistamisen, joille on löydetty käyttötarkoituksia energiateknologiassa, lääketieteessä ja muualla.

Wang on työskennellyt lähes 30 vuotta selvittääkseen, voisiko boori, hiilen naapuri jaksollisessa taulukossa, muodostaa samanlaisia rakenteita. Jos näin on, rakenteilla voisi olla jopa mielenkiintoisempia ominaisuuksia kuin niiden hiiliserkuilla.

Löydökset eivät ole kiistattomia eli aiheeseen liittyy vielä vähän tuomaripeliä. Tiheysfunktionaaliteoria (DFT), molekyyliominaisuuksien määrittämisen kultainen standardimenetelmä, viittaa siihen, että boorin buckyballin ei pitäisi olla stabiili. Kuitenkin perusteellisen 80-atomin boorikonfiguraatioiden etsinnän jälkeen kaikki merkit viittasivat buckyballiin.

”Mielestäni DFT-laskelmat ovat tässä tapauksessa vääriä”, hän sanoi. ”Mielestäni DFT:ssä on jotkin B₈₀ -buckyballin sidospituudet väärin, ja se johtaa virheellisiin ennusteisiin sen stabiilisuudesta.”

Wang sanoo toivovansa voivansa työskennellä kollegoidensa kanssa Brownissa ja muualla ymmärtääkseen paremmin, miksi DFT on saattanut mennä pieleen tässä tapauksessa.

Samaan aikaan Wang toivoo myös työskentelevänsä kollegoidensa kanssa muissa laboratorioissa tutkiakseen B₈₀ -buckyballin kemiallista reaktiivisuutta, mikä on tärkeää sen arvioimiseksi, voidaanko booribuckyballeja syntetisoida irtotavarana. Wangin laboratorio luo klustereita tyhjiössä, eikä ole vielä selvää, olisivatko booribuckyballit liian reaktiivisia pysyäkseen ehjinä ympäristön olosuhteissa.

Aiheesta aiemmin:

Litteät fullereenifragmentit houkuttelevat elektroneja

Yhden molekyylin kytkin elektreetistä

Hiilinanomateriaalit harvinaisien metallien tilalle