Ученые создали новую молекулу углерода во второй раз в истории

Впервые за 35 лет ученые проанализировали новый тип молекулы, состоящей полностью из углерода, при комнатной температуре, без экстремальных условий, обычно необходимых для стабилизации этого типа молекулы.

Новый тип полностью углеродной молекулы исследован при комнатной температуре. Это всего лишь второй подобный опыт после синтеза сферических бакиболов 35 лет назад. Этот прорыв может привести к созданию чрезвычайно эффективных материалов для новых электронных и квантовых технологий.

Циклические углероды, молекулы, состоящие из кольца атомов углерода, могут демонстрировать необычное химическое поведение или проводить электричество необычным образом – подобно своим полностью углеродным собратьям, бакиболам и нанотрубкам. Но эти кольца настолько хрупкие, что обычно распадаются, а в некоторых случаях даже взрываются, прежде чем исследователи успевают их изучить.

Реклама

«Циклические углероды — это интересные молекулы, и мы уже давно пытаемся их получить», — говорит Гарри Андерсон из Оксфордского университета. Традиционно для этого требовались чрезвычайно жёсткие условия, чтобы сохранить молекулы достаточно долго для изучения. Но Андерсон и его коллеги нашли способ стабилизировать циклические углероды при комнатной температуре.

Метод основан на модификации циклического атома углерода. Исследователи продемонстрировали это на ранее не изученной молекуле: кольце из 48 атомов углерода, называемом цикло[48]углеродом, или C48. Андерсон и его коллеги добавили к C48 «амортизаторы», пропустив его через три меньших кольца, чтобы защитить 48 атомов от столкновений друг с другом или с другими молекулами.

«Здесь нет никаких лишних украшений», — говорит Макс фон Делиус из Ульмского университета в Германии. «В простоте кроется абсолютная красота».

Новая структура, названная цикло[48]карбон[4]катенан, оставалась достаточно стабильной для изучения в течение примерно двух дней, что позволило исследователям впервые детально изучить цикло[48]углерод. Интересно, что 48 атомов углерода в молекуле вели себя так, как будто они были выстроены в бесконечную цепочку – структуру, теоретически способную передавать электрический заряд от одного атома к другому бесконечно.

Этот возможный электропроводящий потенциал указывает на возможность использования циклических углеродов в ряде технологий следующего поколения, включая транзисторы, солнечные элементы, полупроводники и квантовые устройства. Однако для подтверждения этого предположения необходимы дальнейшие исследования.

Новый метод стабилизации циклических атомов углерода может также вдохновить других исследователей на изучение собственных экзотических молекул углерода. «Думаю, теперь, возможно, начнётся гонка», — говорит фон Делиус. «Представьте себе это длинное кольцо как ступеньку к созданию бесконечной цепи».

Фон Делиус объясняет, что цепочка из отдельных молекул углерода будет даже лучшим проводником, чем кольцо типа C48. «Это будет поистине потрясающе — и, безусловно, следующим шагом», — говорит он.

Наука DOI: 10.1126/science.ady6054

Источник: www.newscientist.com