Comment les molécules en forme de ballon de football se produisent dans l'univers

27 mars 2023 (Actualités Nanowerk) Pendant longtemps, on a suspecté que le fullerène et ses dérivés pouvaient se former naturellement dans l'univers. Ce sont de grosses molécules de carbone en forme de ballon de football, de saladier ou de nanotube. Une équipe internationale de chercheurs utilisant la source de lumière synchrotron suisse SLS au PSI a montré le fonctionnement de cette réaction. Les résultats viennent d'être publiés dans la revue Communications Nature ("Synthèse en phase gazeuse du C40 Nano Bol C40H10"). (Graphique : Shane Goettl/Ralf I. Kaiser) « Nous sommes de la poussière d'étoiles, nous sommes dorés. Nous sommes du carbone vieux d'un milliard d'années. Dans la chanson qu'ils ont interprétée à Woodstock, le groupe américain Crosby, Stills, Nash & Young a résumé ce dont les humains sont essentiellement faits : la poussière d'étoiles. Toute personne connaissant un peu l'astronomie peut confirmer les propos du groupe culte américain - les planètes et nous, les humains, sommes en fait constitués de poussière de supernovae brûlées et de composés de carbone vieux de plusieurs milliards d'années. L'univers est un réacteur géant et comprendre ces réactions signifie comprendre les origines et le développement de l'univers - et d'où viennent les humains. Dans le passé, la formation des fullerènes et de leurs dérivés dans l'univers était un casse-tête. Ces molécules de carbone, en forme de ballon de football, de boule ou de petit tube, ont d'abord été créées en laboratoire dans les années 1980. En 2010, le télescope spatial infrarouge Spitzer a découvert le C60 molécules ayant la forme caractéristique d'un ballon de football, appelées buckyballs, dans la nébuleuse planétaire Tc 1. Ce sont donc les plus grosses molécules découvertes à ce jour connues dans l'univers au-delà de notre système solaire. Mais comment s'y forment-ils réellement ? Une équipe de chercheurs d'Honolulu (États-Unis), de Miami (États-Unis) et de Tianjin (Chine) vient de terminer une étape de réaction importante dans la formation des molécules, avec le soutien actif du PSI et de la ligne de lumière ultraviolette sous vide (VUV) de la lumière synchrotron source SLS suisse. «Le PSI offre des installations expérimentales uniques et c'est pourquoi nous avons décidé de collaborer avec Patrick Hemberger au PSI», explique Ralf Kaiser de l'Université d'Hawaï à Honolulu, le principal chercheur international dans ce domaine.

Un mini réacteur pour le fullerène

Patrick Hemberger, un scientifique travaillant sur la ligne de lumière VUV au PSI, a construit un mini-réacteur pour observer la formation du fullerène en temps réel. Un radical corannulène (C20H9) est créé dans un réacteur à une température de 1,000 XNUMX degrés Celsius. Cette molécule ressemble à un saladier, comme si elle avait été disséquée d'un C60 buckyball. Ce radical est très réactif. Il réagit avec le vinylacétylène (C4H4), qui dépose une couche de carbone sur le rebord du bol. "En répétant ce processus plusieurs fois, la molécule se développerait dans le capuchon d'extrémité d'un nanotube. Nous avons réussi à démontrer ce phénomène dans des simulations informatiques », explique Alexander Mebel, professeur de chimie à la Florida International University et l'un des auteurs de l'étude. Mais ce n'était pas le seul objectif des chercheurs : « Nous voulions montrer que ce type de réaction est physiquement possible », ajoute Ralf Kaiser. La réaction produit différents isomères - des molécules qui ont toutes la même masse, mais des structures légèrement différentes. Avec la spectrométrie de masse standard, toutes ces variantes produisent le même signal. Mais le résultat est différent lorsqu'on utilise la spectroscopie de coïncidence de photoélectrons et de photoions, la méthode adoptée par l'équipe. "Avec cette technique, la structure de la courbe de mesure permet de tirer des conclusions sur chaque isomère individuel", explique Patrick Hemberger.

Résoudre le casse-tête des molécules classiques en forme de ballon de football

"L'univers contient une jungle sauvage de molécules et de réactions chimiques - toutes ne peuvent pas être clairement classées dans les signaux des télescopes", explique Ralf Kaiser. Nous savons déjà à partir de modèles que le corannulène et le vinylacétylène existent dans l'univers. Il a maintenant été possible de confirmer que ces molécules forment réellement les éléments constitutifs du fullerène. «C'est pourquoi l'expérience du PSI est si précieuse pour nous.» Mais la publication réussie dans Communications Nature n'est pas la fin de l'histoire. Les chercheurs veulent mener plus d'expériences afin de comprendre comment les buckyballs classiques se forment dans l'univers, ainsi que les molécules de fullerène en forme de ballon de football avec 60 atomes de carbone et les minuscules nanotubes avec encore plus d'atomes.

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• Platoblockchain. Intelligence métaverse Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• La source: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62682.php