宇宙でフットボール型の分子がどのように発生するか

27年2023月XNUMX日 (Nanowerkニュース) 長い間、フラーレンとその誘導体が宇宙で自然に形成される可能性があると疑われてきました。 これらは、フットボール、サラダボウル、またはナノチューブのような形をした大きな炭素分子です。 PSI でスイスの SLS シンクロトロン光源を使用している研究者の国際チームは、この反応がどのように機能するかを示しました。 その成果が雑誌に掲載されました ネイチャー·コミュニケーションズ (「Cの気相合成40 ナノボウルC40H10「). (グラフィック: Shane Goettl/Ralf I. Kaiser) 「私たちはスターダストであり、黄金です。 私たちは1980億年前の炭素です。」 米国のグループ、クロスビー、スティルス、ナッシュ＆ヤングは、ウッドストックで演奏した曲の中で、人間が本質的に構成されているもの、つまりスターダストを要約しました。 天文学の知識がほとんどない人なら誰でも、カルト的なアメリカのバンドの言葉を確認できます。惑星と私たち人間の両方が、実際には、数十億年前に燃え尽きた超新星と炭素化合物からのほこりで構成されています. 宇宙は巨大な原子炉であり、これらの反応を理解することは、宇宙の起源と発展、そして人間がどこから来たのかを理解することを意味します。 これまで、宇宙におけるフラーレンとその誘導体の形成は謎でした。 これらの炭素分子は、フットボール、ボウル、または小さなチューブの形をしており、2010 年代に実験室で初めて作成されました。 XNUMX 年に赤外線宇宙望遠鏡スピッツァーが C を発見しました。60 バッキーボールとして知られるサッカー ボールの特徴的な形状を持つ分子は、惑星状星雲 Tc 1 にあります。したがって、これらの分子は、太陽系を超えた宇宙に存在することが知られている現在までに発見された最大の分子です。 しかし、彼らは実際にどのようにそこで形成されるのでしょうか? ホノルル (米国)、マイアミ (米国)、天津 (中国) の研究者チームは、PSI とシンクロトロン光の真空紫外 (VUV) ビームラインからの積極的な支援を受けて、分子形成における重要な反応ステップを完了しました。ソース スイス SLS。 「PSI はユニークな実験施設を提供しているため、PSI で Patrick Hemberger と協力することにしました」と、この分野の主要な国際研究者であるハワイ大学ホノルル校の Ralf Kaiser 氏は述べています。

フラーレン用ミニリアクター

PSI で VUV ビームラインに取り組んでいる科学者である Patrick Hemberger は、フラーレンの形成をリアルタイムで観察するためのミニ リアクターを構築しました。 コランヌレンラジカル (C20H9) は、摂氏 1,000 度の温度のリアクターで作成されます。 この分子はサラダ ボウルのように見えます。60 バッキーボール。 このラジカルは反応性が高いです。 ビニルアセチレン（C4H4）、ボウルの縁にカーボンの層を堆積させます。 「このプロセスを何度も繰り返すことで、分子はナノチューブのエンドキャップに成長します。 この現象をコンピューター シミュレーションで実証することができました」と、フロリダ国際大学の化学教授であり、この研究の著者の XNUMX 人である Alexander Mebel 氏は説明します。 しかし、それだけが研究者の目的ではありませんでした。「この種の反応が物理的に可能であることを示したかったのです」とラルフ カイザーは付け加えます。 この反応により、さまざまな異性体 (質量はすべて同じですが、構造がわずかに異なる分子) が生成されます。 標準的な質量分析では、これらすべてのバリアントが同じシグナルを生成します。 しかし、チームが採用した方法である光電子光イオン一致分光法を使用すると、結果は異なります。 「この手法を使用すると、測定曲線の構造から個々の異性体について結論を導き出すことができます」と Patrick Hemberger は説明します。

古典的なフットボールの形をした分子のパズルを解く

「宇宙には、分子と化学反応の野生のジャングルが含まれています。それらすべてが望遠鏡からの信号で明確に分類できるわけではありません」とラルフ カイザーは言います。 モデルから、コランヌレンとビニルアセチレンの両方が宇宙に存在することがわかっています。 現在、これらの分子が実際にフラーレンのビルディング ブロックを形成していることが確認できました。 「だからこそ、PSI での実験は私たちにとって非常に価値があるのです。」 しかし、成功した出版物 ネイチャー·コミュニケーションズ 話の終わりではありません。 研究者たちは、宇宙で古典的なバッキーボールがどのように形成されるかを理解するために、さらに多くの実験を行いたいと考えています.

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62682.php