Второй раз в истории химики «сплели» новую форму углерода
Новый тип полностью углеродной молекулы был изучен в обычных условиях при комнатной температуре. Это лишь второй подобный случай в истории — после синтеза сферических фуллеренов 35 лет назад. Прорыв может привести к созданию сверхэффективных материалов для новых электронных и квантовых технологий.
Циклические углероды — молекулы, состоящие из кольца атомов углерода, — могут демонстрировать необычное химическое поведение или проводить электричество уникальными способами, подобно своим «родственникам» фуллеренам. Однако эти кольца настолько хрупки, что обычно разрушаются, а в некоторых случаях даже взрываются, прежде чем исследователи успевают их изучить.
«Циклические углероды — удивительные молекулы, и мы давно пытаемся их создать», — говорит профессор Гарри Андерсон из Оксфордского университета.
До сих пор для этого требовались экстремальные условия, чтобы молекулы оставались стабильными достаточно долго для исследований. Однако Андерсон и его коллеги нашли способ стабилизировать циклические углероды при комнатной температуре.
Их метод предполагает модификацию циклического углерода. Исследователи применили его к ранее неизученной молекуле — кольцу из 48 атомов углерода, названному цикло-48-карбоном C48. К кольцу добавили «амортизаторы», пропустив его через три меньших кольца, чтобы защитить 48 атомов от столкновений друг с другом и другими молекулами.
«Здесь нет ничего лишнего. И в этой простоте — абсолютная красота», — восхищен професор Макс фон Делиус из Ульмского университета в Германии.
Новая структура, названная цикло-48-углерод-4-катенаном, оставалась стабильной около двух дней, что позволило впервые детально изучить цикло-48-карбон. С результатами анализа методами масс-спектрометрии, ЯМР-спектроскопии, УФ-видимой и рамановской спектроскопии можно ознакомиться в Science.
Интересно, что его 48 атомов углерода вели себя так, будто были выстроены в бесконечную цепь — структуру, теоретически способную бесконечно передавать электрический заряд от одного атома к другому.
Этот потенциал проводимости указывает на то, что циклические углероды могут быть использованы в ряде технологий будущего, включая транзисторы, солнечные элементы, полупроводники и квантовые устройства. Однако для подтверждения этого необходимы дальнейшие исследования.
Новый метод стабилизации циклических углеродов также может вдохновить других ученых на изучение экзотических углеродных молекул.
«Думаю, теперь начнется гонка, — прогнозирует фон Делиус. — Представьте это большое кольцо как ступень к созданию бесконечной цепи».
По его мнению, цепь из одиночных углеродных молекул будет проводить ток еще лучше, чем кольцо C48. «Это будет поистине невероятно — и это будет следующим шагом», — заключил химик.
