发现新的富勒管分子

多年来，C130富勒管(由130个碳原子组成的分子)仅存在于理论上。现在，带领一个国际科学家团队，一名物理学博士生成功地在现实生活中展示了它们，甚至成功地在照片中捕捉到了一些。

去年12月发表在著名的《美国化学会杂志》封面上的C130-D5h分子发现插图。

C130-D5h分子的发现插图，发表在去年12月著名的《美国化学会杂志》的封面上。图片来源：JA

这一基础研究领域的壮举使得EmmanuelBourret在著名的科学期刊《美国化学学会杂志》上以封面插图展示了他的发现。

去年10月，Bourret首次在网上发表了这一发现，他是一个跨大学团队的首席科学家，该团队还包括来自普渡大学、弗吉尼亚理工大学和田纳西州橡树岭国家实验室的研究人员。

富勒管基本上是排列形成封闭管状笼的碳原子的集合体。它与富勒烯有关，富勒烯分子被表示为相互连接的六边形和五边形的笼子，并且有多种尺寸和形状。

例如，C60富勒烯由60个碳原子组成，形状像足球。它相对较小，呈球形，而且数量非常丰富。C120富勒烯不太常见。它们更长，形状像，两端覆盖着两半的C60富勒烯。

在烟灰中发现

C130Fullertube(或C130-D5h，其完整学名)比C120更长，甚至更罕见。为了隔离它，Bourret和他的团队在两个石墨电极之间产生电弧，产生含有富勒烯和富勒管分子的烟灰。然后使用密度泛函理论(DFT)计算这些分子的电子结构。

“利用量子力学原理，DFT使我们能够利用物理学的基本规则计算电子结构并预测分子的性质，”Bourret的论文导师、UdeM物理学教授、该大学库尔图瓦研究所研究员MichelCôté解释道。

使用特殊软件，Bourret能够描述C130分子的结构：它是一个两端有两个半球的，使其看起来像一个微型胶囊。它的长度不到2纳米，宽度不到1纳米(一纳米等于十亿分之一米)。

“的结构基本上是由排列成六边形的原子组成的，”布尔雷说。“在两端，这些六边形由五边形连接，形成圆形。”

Bourret于2014年开始在当时的导师、UdeM数学教授JiriPatera的指导下进行富勒管的理论工作。2022年1月Patera去世后，Bourret找到了Côté，后者成为了他的新上司。

2020年的存在

两年前，布尔雷特读到了韦恩堡普渡大学史蒂文·史蒂文森教授的一篇文章，该文描述了某些富勒管的实验分离，证明了它们的存在，但没有识别出所有富勒管。

在科特的指导下，布尔雷开始致力于推进有关该主题的知识。

“伊曼纽尔在抽象数学方面拥有深厚的背景，”布尔雷特回忆道，“他为我的研究小组增添了一个有趣的维度，该小组专注于更多的计算方法。”

未来是否有任何可能的应用?

“现阶段很难说，但一种可能性可能是氢气生产，”科特说。目前，使用的是由稀有且昂贵的铂和铷制成的催化剂。用C130等碳结构代替它们将使以“更绿色”的方式生产氢气成为可能。”

去年，Bourret的开创性工作为他赢得了在波士顿举行的美国电化学会(E)年会上发表论文的邀请。今年五月，他将在旧金山举行的E年会上主持富勒烯和富勒管小组讨论。

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