多年来,C130富勒管(由130个碳原子组成的分子)仅存在于理论上。现在,在领导一个国际科学家团队的过程中,一名UdeM物理学博士生成功地在现实生活中展示了它们,甚至成功地在照片中捕捉到了一些。
这一发现于去年10月首次在网上发表,由Bourret作为大学间团队的首席科学家做出,该团队还包括来自普渡大学、弗吉尼亚理工大学和田纳西州橡树岭国家实验室的研究人员。
富勒管基本上是排列形成封闭管状笼的碳原子的集合体。它与富勒烯有关,富勒烯分子被表示为相互连接的六边形和五边形的笼子,并且有各种尺寸和形状。
例如,C60富勒烯由60个碳原子组成,形状像足球。它相对较小,呈球形,而且数量非常丰富。C120富勒烯不太常见。它们更长,形状像管子,两端覆盖着两半的C60富勒烯。
在烟灰中发现
C130Fullertube(或C130-D5h,其完整学名)比C120更长,甚至更罕见。为了隔离它,Bourret和他的团队在两个石墨电极之间产生电弧,产生含有富勒烯和富勒管分子的烟灰。然后使用密度泛函理论(DFT)计算这些分子的电子结构。
“利用量子力学原理,DFT使我们能够利用物理学的基本规则计算电子结构并预测分子的性质,”Bourret的论文导师、UdeM物理学教授、该大学库尔图瓦研究所研究员MichelCôté解释道。
使用特殊软件,Bourret能够描述C130分子的结构:它是一个两端有两个半球的管子,使其看起来像一个微型胶囊。它的长度不到2纳米,宽度不到1纳米。
“管子的结构基本上是由排列成六边形的原子组成的,”布尔雷说。“在两端,这些六边形由五边形连接,形成圆形。”
Bourret于2014年开始在当时的导师、UdeM数学教授JiriPatera的指导下进行富勒管的理论工作。2022年1月Patera去世后,Bourret找到了Côté,后者成为了他的新上司。
2020年的存在
两年前,布尔雷特读到了韦恩堡普渡大学史蒂文·史蒂文森教授的一篇文章,该文描述了某些富勒管的实验分离,证明了它们的存在,但没有识别出所有富勒管。
在科特的指导下,布尔雷开始致力于推进有关该主题的知识。
“伊曼纽尔在抽象数学方面拥有深厚的背景,”布尔雷特回忆道,“他为我的研究小组增添了一个有趣的维度,该小组专注于更多的计算方法。”
“现阶段很难说,但一种可能性可能是生产氢气,”科特说。“目前,使用的是由铂和铷制成的催化剂,这两种材料都很稀有且昂贵。用C130等碳结构代替它们将使以‘更绿色’的方式生产氢气成为可能。”