Hvordan fotballformede molekyler oppstår i universet

27. mars 2023 (Nanowerk Nyheter) I lang tid har det vært mistanke om at fulleren og dets derivater kan dannes naturlig i universet. Dette er store karbonmolekyler formet som en fotball, salatskål eller nanorør. Et internasjonalt team av forskere som bruker den sveitsiske SLS-synkrotron-lyskilden ved PSI har vist hvordan denne reaksjonen fungerer. Resultatene er nettopp publisert i tidsskriftet Nature Communications ("Gassfasesyntese av C40 Nanoskål C40H10"). (Grafik: Shane Goettl/Ralf I. Kaiser) «Vi er stjernestøv, vi er gylne. Vi er milliarder år gammelt karbon.» I sangen de fremførte på Woodstock, oppsummerte den amerikanske gruppen Crosby, Stills, Nash & Young hva mennesker egentlig er laget av: stjernestøv. Alle med litt kunnskap om astronomi kan bekrefte ordene til det amerikanske kultbandet – både planetene og vi mennesker består faktisk av støv fra utbrente supernovaer og milliarder av år gamle karbonforbindelser. Universet er en gigantisk reaktor og å forstå disse reaksjonene betyr å forstå universets opprinnelse og utvikling – og hvor mennesker kommer fra. Tidligere har dannelsen av fullerener og deres derivater i universet vært et puslespill. Disse karbonmolekylene, i form av en fotball, bolle eller et lite rør, ble først laget i laboratoriet på 1980-tallet. I 2010 oppdaget det infrarøde romteleskopet Spitzer C60 molekyler med den karakteristiske formen til en fotball, kjent som buckyballs, i den planetariske tåken Tc 1. De er derfor de største molekylene som hittil har blitt oppdaget som er kjent for å eksistere i universet utenfor vårt solsystem. Men hvordan dannes de egentlig der? Et team av forskere fra Honolulu (USA), Miami (USA) og Tianjin (Kina) har nå fullført et viktig reaksjonstrinn i dannelsen av molekylene, med aktiv støtte fra PSI og den vakuum ultrafiolette (VUV) strålelinjen til synkrotronlyset kilde Swiss SLS. "PSI tilbyr unike eksperimentelle fasiliteter, og det er derfor vi bestemte oss for å samarbeide med Patrick Hemberger ved PSI," sier Ralf Kaiser fra University of Hawaii i Honolulu, den ledende internasjonale forskeren på dette feltet.

En minireaktor for fulleren

Patrick Hemberger, en forsker som jobber med VUV-strålelinjen ved PSI, har bygget en minireaktor for å observere dannelsen av fulleren i sanntid. En korannulenradikal (C20H9) lages i en reaktor ved en temperatur på 1,000 grader Celsius. Dette molekylet ser ut som en salatskål, som om det hadde blitt dissekert fra en C60 buckyball. Denne radikalen er svært reaktiv. Det reagerer med vinylacetylen (C4H4), som legger et lag med karbon på kanten av bollen. "Ved å gjenta denne prosessen mange ganger, ville molekylet vokse inn i endelokket på et nanorør. Vi har klart å demonstrere dette fenomenet i datasimuleringer, forklarer Alexander Mebel, professor i kjemi ved Florida International University og en av forfatterne av studien. Men det var ikke forskernes eneste mål: "Vi ønsket å vise at denne typen reaksjon er fysisk mulig," legger Ralf Kaiser til. Reaksjonen produserer forskjellige isomerer - molekyler som alle har samme masse, men litt forskjellige strukturer. Med standard massespektrometri produserer alle disse variantene det samme signalet. Men resultatet er annerledes når du bruker fotoelektronfotoionsammenfallsspektroskopi, metoden som ble tatt i bruk av teamet. "Med denne teknikken gjør strukturen til målekurven det mulig å trekke konklusjoner om hver enkelt isomer," forklarer Patrick Hemberger.

Løse gåten med klassiske fotballformede molekyler

"Universet inneholder en vill jungel av molekyler og kjemiske reaksjoner - ikke alle kan klassifiseres tydelig i signalene fra teleskoper," sier Ralf Kaiser. Vi vet allerede fra modeller at både corannulene og vinylacetylen finnes i universet. Nå har det vært mulig å bekrefte at disse molekylene faktisk danner byggesteinene til fulleren. "Det er derfor eksperimentet ved PSI er så verdifullt for oss." Men den vellykkede utgivelsen i Nature Communications er ikke slutten på historien. Forskerne ønsker å gjennomføre flere eksperimenter for å forstå hvordan de klassiske buckyballene dannes i universet, sammen med de fotballformede fullerenmolekylene med 60 karbonatomer og de små nanorørene med enda flere atomer.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62682.php