足球形状的分子如何在宇宙中出现

由柏拉图重新发布

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27 年 2023 月 XNUMX 日 (Nanowerk新闻) 很长一段时间以来，人们一直怀疑富勒烯及其衍生物可以在宇宙中自然形成。这些是形状像足球、色拉碗或纳米管的大碳分子。一个国际研究小组使用 PSI 的瑞士 SLS 同步加速器光源展示了这种反应的工作原理。结果刚刚发表在期刊上 自然通讯 (“C 的气相合成40 纳米碗C40H10“).

（图片：Shane Goettl/Ralf I. Kaiser）“我们是星尘，我们是金色的。我们是十亿年前的碳。” 在他们在伍德斯托克表演的歌曲中，美国乐队 Crosby、Stills、Nash & Young 总结了人类的本质组成：星尘。任何对天文学稍有了解的人都可以证实这支美国乐队的话——行星和我们人类实际上都是由燃烧殆尽的超新星产生的尘埃和数十亿年前的碳化合物组成的。宇宙是一个巨大的反应堆，了解这些反应意味着了解宇宙的起源和发展——以及人类从何而来。过去，富勒烯及其衍生物在宇宙中的形成一直是个谜。这些碳分子呈足球、碗或小管的形状，于 1980 世纪 2010 年代首次在实验室中被创造出来。 XNUMX年红外空间望远镜斯皮策发现了C60 行星状星云 Tc 1 中具有足球特征形状的分子，称为巴基球。因此，它们是迄今为止已知存在于太阳系以外宇宙中的最大分子。但它们实际上是如何形成的呢？来自火奴鲁鲁（美国）、迈阿密（美国）和天津（中国）的一组研究人员现已完成分子形成的重要反应步骤，并得到 PSI 和同步加速器光的真空紫外 (VUV) 光束线的积极支持来源瑞士 SLS。 “PSI 提供独特的实验设施，这就是我们决定与 PSI 的 Patrick Hemberger 合作的原因，”该领域国际领先的研究人员、檀香山夏威夷大学的 Ralf Kaiser 说。

富勒烯微型反应器

PSI 研究 VUV 光束线的科学家 Patrick Hemberger 建造了一个微型反应器，用于实时观察富勒烯的形成。一个环烯基（C20H9) 是在温度为 1,000 摄氏度的反应堆中产生的。这个分子看起来像一个沙拉碗，好像是从一个C60 布基球。这个自由基是高度反应性的。它与乙烯基乙炔（C4H4), 它会在碗的边缘沉积一层碳。 “通过多次重复这个过程，分子会长成纳米管的端盖。我们已经设法在计算机模拟中证明了这种现象，”佛罗里达国际大学化学教授、该研究的作者之一亚历山大·梅贝尔解释说。但这并不是研究人员的唯一目标：“我们想证明这种反应在物理上是可能的，”Ralf Kaiser 补充道。该反应产生不同的异构体——质量相同但结构略有不同的分子。使用标准质谱法，所有这些变体都会产生相同的信号。但是当使用团队采用的光电子光离子符合光谱法时，结果是不同的。 “通过这种技术，测量曲线的结构可以得出关于每个异构体的结论，”Patrick Hemberger 解释说。

解开经典足球形分子之谜

Ralf Kaiser 说：“宇宙包含着分子和化学反应的狂野丛林——并不是所有的分子和化学反应都可以在望远镜的信号中被清楚地分类。” 我们已经从模型中知道宇宙中同时存在环烯和乙烯乙炔。现在可以确认这些分子实际上构成了富勒烯的组成部分。 “这就是为什么 PSI 的实验对我们如此有价值。” 但成功发表于 自然通讯 故事还没有结束。研究人员希望进行更多实验，以了解经典的巴基球以及具有 60 个碳原子的足球形富勒烯分子和具有更多原子的微小纳米管是如何在宇宙中形成的。