O echipă de oameni de știință de la Universitatea Nagoya din Japonia, condusă de profesorul asociat Norihito Fukui, a realizat un pas decisiv în chimia nanostructurilor. Folosind o tehnică numită editare scheletică, cercetătorii au tăiat și au reconfigurat legăturile chimice din interiorul moleculelor plate de carbon, obținând nanocarboni chirali cu forme inedite, inclusiv structuri în dublă elice și inele de zece atomi, ale căror detalii au fost publicate în revista Nature Communications.
- Tehnica de editare scheletică a fost aplicată pentru prima dată în sinteza nanocarbonilor.
- Noile molecule pot emite lumină polarizată spiralat și pot stoca sarcini electrice multiple.
- O variantă structurală în dublă elice formează cristale poroase capabile să capteze și să elibereze dioxid de carbon.
Depășirea limitelor chimiei moleculare tradiționale
Tradițional, modificarea structurilor de nanocarbon – considerate blocurile de construcție pentru materialele din generația viitoare – se realizat doar prin fuzionarea moleculelor mici pe la margini. Legăturile din interiorul moleculelor plate, cum sunt fragmentele de grafen, erau considerate prea rigide și stabile pentru a fi alterate fără a distruge întreaga structură.
Modificarea interiorului unei molecule generează o tensiune structurală semnificativă, motiv pentru care majoritatea reacțiilor chimice au loc exclusiv la periferia acesteia.
Echipa din Japonia a demonstrat însă că, prin selectarea metodei potrivite și a moleculei de pornire adecvate, legăturile interne pot fi modificate direct. Prin această abordare, savanții au reușit să integreze un inel de zece atomi de carbon într-un nanocarbon chiral de mari dimensiuni, o performanță nemaiatinsă anterior. De asemenea, ei au realizat sinteza asimetrică a ambelor forme oglindite (stânga și dreapta) ale acestor molecule complexe, un rezultat bifat doar de două ori până acum pentru nanocarboni de asemenea dimensiuni.
Proprietăți fizice neobișnuite și stabilitate termică
Noile structuri moleculare create prezintă comportamente neobișnuite, extrem de valoroase pentru ingineria materialelor. Toate moleculele sintetizate prin această metodă emit lumină care se deplasează în spirală. În plus, două dintre aceste structuri pot susține sarcini electrice multiple fără a se descompune, iar una dintre ele își păstrează forma chirală chiar și la temperaturi de 280°C.
Molecula cu structură în dublă elice se autoasamblează în cristale cu pori spiralați, capabile să capteze și să elibereze dioxid de carbon.
Această proprietate transformă materialul într-o opțiune promițătoare pentru dezvoltarea tehnologiilor de stocare a gazelor. Structura poroasă chirală este o rudă a cadrelor metal-organice (MOF), domeniu recompensat cu Premiul Nobel pentru Chimie în 2025.
Aplicații în electronica de consum redus și criptografie
Până în prezent, editarea scheletică a fost utilizată cu precădere în industria farmaceutică pentru proiectarea medicamentelor. Extinderea acestei metode către chimia nanocarbonilor deschide noi perspective pentru tehnologiile viitorului.
Proprietățile unice ale acestor nanostructuri sunt căutate intensiv pentru dezvoltarea dispozitivelor electronice cu consum ultra-scăzut de energie, dar și pentru sisteme avansate de criptografie și stocare a gazelor. Autorul principal al studiului, Norihito Fukui, și-a exprimat speranța că această reușită va inspira alți cercetători să exploreze posibilitățile oferite de editarea interiorului molecular.
Ce părere aveți despre utilizarea nanocarbonilor în captarea dioxidului de carbon și în electronica viitorului? Lăsați opinia dumneavoastră în secțiunea de comentarii!
