Як молекули у формі м’яча виникають у Всесвіті

27 березня 2023 (Новини Nanowerk) Протягом тривалого часу існували підозри, що фулерен та його похідні можуть утворюватися природним шляхом у Всесвіті. Це великі молекули вуглецю, що мають форму футбольного м’яча, салатниці або нанотрубки. Міжнародна група дослідників, яка використовує швейцарське синхротронне джерело світла SLS у PSI, показала, як працює ця реакція. Результати щойно опубліковані в журналі Природа зв'язку («Газофазний синтез C40 Nano Bowl C40H10"). (Графіка: Shane Goettl/Ralf I. Kaiser) «Ми зоряний пил, ми золоті. Ми — вуглець віком мільярд років». У пісні, яку вони виконали на Вудстоку, американська група Crosby, Stills, Nash & Young узагальнила те, з чого, по суті, складається людина: зоряний пил. Будь-хто, хто хоч трохи розбирається в астрономії, може підтвердити слова культової американської групи – і планети, і ми, люди, насправді складаємося з пилу згорілих наднових і вуглецевих сполук мільярди років. Всесвіт — це гігантський реактор, і розуміння цих реакцій означає розуміння походження та розвитку Всесвіту — і звідки походять люди. У минулому утворення фулеренів та їх похідних у Всесвіті було загадкою. Ці молекули вуглецю у формі футбольного м’яча, чаші або маленької трубки вперше були створені в лабораторії у 1980-х роках. У 2010 році інфрачервоний космічний телескоп Spitzer виявив C60 молекули з характерною формою футбольного м’яча, відомі як бакіболи, у планетарній туманності Tc 1. Тому вони є найбільшими молекулами, які були виявлені на сьогоднішній день у Всесвіті за межами нашої Сонячної системи. Але як вони там насправді утворюються? Команда дослідників із Гонолулу (США), Маямі (США) та Тяньцзіня (Китай) завершила важливий етап реакції утворення молекул за активної підтримки PSI та вакуумного ультрафіолетового (VUV) пучка синхротронного світла. Джерело Swiss SLS. «PSI пропонує унікальні експериментальні засоби, і тому ми вирішили співпрацювати з Патріком Хембергером з PSI», — говорить Ральф Кайзер з Гавайського університету в Гонолулу, провідний міжнародний дослідник у цій галузі.

Міні-реактор для фулерену

Патрік Гембергер, науковець, який працює над ВУФ-променем у PSI, побудував міні-реактор для спостереження за утворенням фулерену в реальному часі. Корануленовий радикал (C20H9) створюється в реакторі при температурі 1,000 градусів Цельсія. Ця молекула схожа на салатницю, ніби її вирізали з C60 бакібол. Цей радикал має високу реакційну здатність. Він реагує з вінілацетиленом (C4H4), який відкладає шар вуглецю на край чаші. «Повторюючи цей процес багато разів, молекула виросла б у кінцеву кришку нанотрубки. Нам вдалося продемонструвати це явище в комп’ютерному моделюванні», – пояснює Олександр Мебель, професор хімії Міжнародного університету Флориди та один з авторів дослідження. Але це була не єдина мета дослідників: «Ми хотіли показати, що такий тип реакції фізично можливий», — додає Ральф Кайзер. У результаті реакції утворюються різні ізомери – молекули, які мають однакову масу, але дещо різну структуру. У стандартній мас-спектрометрії всі ці варіанти дають однаковий сигнал. Але результат інший при використанні фотоелектронної фотоіонної спектроскопії збігів, методу, прийнятого командою. «За допомогою цієї методики структура вимірювальної кривої дозволяє зробити висновки щодо кожного окремого ізомеру», — пояснює Патрік Хембергер.

Розгадування головоломки класичних молекул у формі м’яча

«Всесвіт містить дикі джунглі молекул і хімічних реакцій — не всі з них можна чітко класифікувати за сигналами телескопів», — каже Ральф Кайзер. З моделей ми вже знаємо, що у Всесвіті існують як коранулен, так і вінілацетилен. Тепер стало можливим підтвердити, що ці молекули насправді утворюють будівельні блоки для фулерену. «Ось чому експеримент у PSI такий цінний для нас». Але успішне видання в Природа зв'язку це ще не кінець історії. Дослідники хочуть провести більше експериментів, щоб зрозуміти, як у Всесвіті утворюються класичні бакіболи, а також молекули фулерену у формі м’яча з 60 атомами вуглецю та маленькі нанотрубки з ще більшою кількістю атомів.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62682.php