Uma nova molécula fullertube é encontrada

Durante anos, C₁₃₀ fullertubos – moléculas compostas por 130 átomos de carbono – existiram apenas em teoria. Agora, liderando uma equipe internacional de cientistas, um estudante de doutorado em física da UdeM mostrou-os com sucesso na vida real – e até conseguiu capturar alguns em uma fotografia.

Publicada pela primeira vez online em outubro passado, a descoberta foi feita por Bourret como cientista-chefe de uma equipe interuniversitária que também incluía pesquisadores da Purdue University, Virginia Tech e do Laboratório Nacional de Oak Ridge, no Tennessee.

Um fullertube é basicamente um conjunto de átomos de carbono dispostos para formar uma gaiola tubular fechada. Está relacionado aos fulerenos, moléculas que são representadas como gaiolas de hexágonos e pentágonos interconectados e apresentam uma ampla variedade de tamanhos e formas.

Por exemplo, um C₆₀ O fulereno é composto por 60 átomos de carbono e tem o formato de uma bola de futebol. É relativamente pequeno, esférico e muito abundante. C₁₂₀ fulerenos são menos comuns. Eles são mais longos e têm o formato de um tubo coberto em cada extremidade com as duas metades de um C₆₀ fulereno.

Encontrado na fuligem

O C₁₃₀ fullertube (ou C₁₃₀-D_5hseu nome científico completo) é mais alongado que o C₁₂₀ e ainda mais raro. Para isolá-lo, Bourret e sua equipe geraram um arco elétrico entre dois eletrodos de grafite para produzir fuligem contendo moléculas de fulereno e tubo de fulereno. A estrutura eletrônica dessas moléculas foi então calculada usando a teoria do funcional da densidade (DFT).

“Baseando-se nos princípios da mecânica quântica, o DFT nos permite calcular estruturas eletrônicas e prever as propriedades de uma molécula usando as regras fundamentais da física”, explicou o orientador da tese de Bourret, professor de física da UdeM Michel Côté, pesquisador do Institut Courtois da universidade.

Usando um software especial, Bourret conseguiu descrever a estrutura da molécula C130: é um tubo com dois hemisférios nas extremidades, fazendo com que pareça uma cápsula microscópica. Ele mede pouco menos de 2 nanômetros de comprimento por 1 nm de largura.

“A estrutura do tubo é basicamente composta de átomos dispostos em hexágonos”, disse Bourret. “Nas duas extremidades, esses hexágonos estão ligados por pentágonos, o que lhes confere uma forma arredondada.”

Bourret começou a fazer trabalhos teóricos sobre fullertubes em 2014 sob a orientação de seu então supervisor Jiri Patera, professor de matemática da UdeM. Depois que Patera faleceu em janeiro de 2022, Bourret abordou Côté, que se tornou seu novo supervisor.

Existência mostrada em 2020

Dois anos antes, Bourret havia lido um artigo do professor Steven Stevenson, da Purdue University em Fort Wayne, que descrevia o isolamento experimental de certos tubos cheios, demonstrando sua existência, mas não identificando todos eles.

Sob a orientação de Côté, Bourret começou a trabalhar avançando no conhecimento sobre o tema.

“Emmanuel tinha uma sólida formação em matemática abstrata”, lembrou Bourret, “e acrescentou uma dimensão interessante ao meu grupo de pesquisa, que se concentra em abordagens mais computacionais”.

“É difícil dizer nesta fase, mas uma possibilidade pode ser a produção de hidrogénio”, disse Côté. “Atualmente, o que se usa é um catalisador feito de platina e rubídio, ambos raros e caros. Substituí-los por estruturas de carbono como C₁₃₀ tornaria possível produzir hidrogénio de uma forma “mais verde”.

As descobertas são publicadas no Jornal da Sociedade Química Americana.