Роками повні трубки C130 — молекули, що складаються зі 130 атомів вуглецю — існували лише в теорії. Тепер, очолюючи міжнародну групу вчених, докторант з фізики UdeM успішно показав їх у реальному житті — і навіть зумів зафіксувати деякі на фотографії.
Відкриття, вперше опубліковане в Інтернеті в жовтні минулого року, було зроблено Бурре як провідним науковцем міжуніверситетської групи, до якої також входили дослідники з Університету Пердью, Технічного університету Вірджинії та Національної лабораторії Оук-Рідж у Теннессі.
Фуллертрубка — це, по суті, сукупність атомів вуглецю, розташованих у замкнутій трубчастій клітці. Це пов’язано з фулеренами, молекулами, які представлені у вигляді кліток із з’єднаних між собою шестикутників і п’ятикутників і бувають різноманітних розмірів і форм.
Наприклад, фулерен C60 складається з 60 атомів вуглецю і має форму футбольного м’яча. Він відносно невеликий, сферичний і дуже рясний. Рідше зустрічаються фулерени С120. Вони довші й мають форму трубки, закритої з обох кінців двома половинками фулерену C60.
Знаходиться в сажі
Повна трубка C130 (або C130-D5h, її повна наукова назва) більш витягнута, ніж C120, і навіть рідша. Щоб ізолювати його, Бурре та його команда створили електричну дугу між двома графітовими електродами для отримання сажі, що містить фулерен і молекули fullertube. Електронна структура цих молекул була розрахована за допомогою теорії функціоналу густини (DFT).
«Грунтуючись на принципах квантової механіки, DFT дозволяє нам розраховувати електронні структури та передбачати властивості молекули, використовуючи фундаментальні закони фізики», — пояснив керівник дисертації Бурре, професор фізики UdeM Мішель Коте, науковий співробітник Інституту Куртуа при університеті.
За допомогою спеціального програмного забезпечення Бурре зміг описати структуру молекули C130: це трубка з двома півкулями на кінцях, що робить її схожою на мікроскопічну капсулу. Його розміри трохи менше ніж 2 нанометрів у довжину та 1 нм у ширину.
«Структура труби в основному складається з атомів, розташованих у шестикутники», — сказав Бурре. “На двох кінцях ці шестикутники з’єднані п’ятикутниками, що надає їм округлу форму”.
Бурре почав займатися теоретичною роботою над fullertubes у 2014 році під керівництвом свого тодішнього керівника Іржі Патери, професора математики UdeM. Після того, як Патера помер у січні 2022 року, Бурре звернувся до Коте, який став його новим керівником.
Наявність показано у 2020 році
За два роки до цього Бурре прочитав статтю професора Університету Пердью у Форт-Вейні Стівена Стівенсона, який описав експериментальну ізоляцію певних повних трубок, демонструючи їх існування, але не ідентифікуючи їх усіх. Під керівництвом Коте Бурре взявся за роботу над поглибленням знань з теми.
«Еммануель мав великий досвід абстрактної математики, — згадував Бурре, — і він додав цікавий вимір моїй дослідницькій групі, яка зосереджується на більш обчислювальних підходах».
«На даному етапі важко сказати, але однією з можливостей може бути виробництво водню», — сказав Коте. «Зараз використовується каталізатор із платини та рубідію, які є рідкісними та дорогими. Заміна їх вуглецевими структурами, такими як C130, дасть змогу виробляти водень «зеленішим» способом».