Hur fotbollsformade molekyler uppstår i universum

27 mars 2023 (Nanowerk Nyheter) Under lång tid har man misstänkt att fulleren och dess derivat kan bildas naturligt i universum. Dessa är stora kolmolekyler formade som en fotboll, salladsskål eller nanorör. Ett internationellt team av forskare som använder den schweiziska SLS synkrotronljuskällan vid PSI har visat hur denna reaktion fungerar. Resultaten har precis publicerats i tidskriften Nature Communications ("Gasfassyntes av C40 Nanoskål C40H10"). (Grafik: Shane Goettl/Ralf I. Kaiser) "Vi är stjärnstoft, vi är gyllene. Vi är miljarder år gammalt kol.” I låten de framförde på Woodstock sammanfattade den amerikanska gruppen Crosby, Stills, Nash & Young vad människor i huvudsak är gjorda av: stjärndamm. Alla med lite kunskap om astronomi kan bekräfta det amerikanska kultbandets ord – både planeterna och vi människor består faktiskt av damm från utbrända supernovor och miljarder år gamla kolföreningar. Universum är en gigantisk reaktor och att förstå dessa reaktioner innebär att förstå universums ursprung och utveckling – och varifrån människor kommer. Tidigare har bildandet av fullerener och deras derivat i universum varit ett pussel. Dessa kolmolekyler, i form av en fotboll, skål eller ett litet rör, skapades först i laboratoriet på 1980-talet. År 2010 upptäckte det infraröda rymdteleskopet Spitzer C60 molekyler med den karaktäristiska formen av en fotboll, känd som buckyballs, i planetariska nebulosan Tc 1. De är därför de största molekylerna som hittills har upptäckts som finns i universum bortom vårt solsystem. Men hur bildas de där egentligen? Ett team av forskare från Honolulu (USA), Miami (USA) och Tianjin (Kina) har nu slutfört ett viktigt reaktionssteg i bildandet av molekylerna, med aktivt stöd från PSI och den vakuum ultravioletta (VUV) strållinjen av synkrotronljus källa schweiziska SLS. "PSI erbjuder unika experimentella faciliteter och det var därför vi bestämde oss för att samarbeta med Patrick Hemberger på PSI", säger Ralf Kaiser från University of Hawaii i Honolulu, den ledande internationella forskaren inom detta område.

En minireaktor för fulleren

Patrick Hemberger, en forskare som arbetar med VUV-strållinjen vid PSI, har byggt en minireaktor för att observera bildandet av fulleren i realtid. En korannulenradikal (C20H9) skapas i en reaktor vid en temperatur av 1,000 XNUMX grader Celsius. Denna molekyl ser ut som en salladsskål, som om den hade dissekerats från en C60 buckyball. Denna radikal är mycket reaktiv. Det reagerar med vinylacetylen (C4H4), som avsätter ett lager kol på skålens kant. "Genom att upprepa denna process många gånger, skulle molekylen växa till ändlocket på ett nanorör. Vi har lyckats påvisa detta fenomen i datorsimuleringar”, förklarar Alexander Mebel, professor i kemi vid Florida International University och en av författarna till studien. Men det var inte forskarnas enda mål: "Vi ville visa att den här typen av reaktion är fysiskt möjlig", tillägger Ralf Kaiser. Reaktionen producerar olika isomerer – molekyler som alla har samma massa, men lite olika strukturer. Med standardmasspektrometri producerar alla dessa varianter samma signal. Men resultatet är annorlunda när man använder fotoelektronfotojonkoincidensspektroskopi, metoden som antagits av teamet. "Med den här tekniken tillåter strukturen av mätkurvan att dra slutsatser om varje enskild isomer," förklarar Patrick Hemberger.

Lös pusslet med klassiska fotbollsformade molekyler

"Universum innehåller en vild djungel av molekyler och kemiska reaktioner - alla av dem kan inte distinkt klassificeras i signalerna från teleskop", säger Ralf Kaiser. Vi vet redan från modeller att både korannulen och vinylacetylen finns i universum. Nu har det varit möjligt att bekräfta att dessa molekyler faktiskt utgör byggstenarna till fulleren. "Det är därför experimentet på PSI är så värdefullt för oss." Men den framgångsrika publiceringen i Nature Communications är inte slutet på historien. Forskarna vill göra fler experiment för att förstå hur de klassiska buckybollarna bildas i universum, tillsammans med de fotbollsformade fullerenmolekylerna med 60 kolatomer och de små nanorören med ännu fler atomer.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62682.php