Mit dem Bor-Buckyball-Fund schreitet die Nanotechnologie voran

Buckyball

Als 1985 erstmals Kohlenstoff-Buckyballs entdeckt wurden, die so genannte Soccerball-förmige Molekülstrukturen, startete sie im Wesentlichen eine neue Revolution. Jetzt haben Forscher eine neue Art von Buckyball aus dem Element Bor entdeckt, die zu einer ganzen Reihe nützlicher Nanomaterialien führen könnte, berichtet Brown University News.

Klassische Kohlenstoff-Buckyballs bestehen aus 60 Kohlenstoffatomen, die alle in Fünfecken und Sechsecken angeordnet sind, um eine hohle kugelähnliche Struktur zu bilden, die wie ein Molekülkäfig wirkt. Zum Vergleich: Die neu entdeckten Bor-Buckyballs bestehen aus 40 Boratomen. Die resultierende Struktur, die aus 48 Dreiecken, vier Siebenseitenringen und zwei Sechsringen besteht, ist nicht so glatt kugelförmig wie das Kohlenstoff-Gegenstück, bildet aber trotzdem einen stabilen molekularen «Käfig».

"Dies ist das erste Mal, dass ein Borkäfig experimentell beobachtet wurde," sagte Lai-Sheng Wang, der Professor der Brown University, der das Team leitete, das die Entdeckung machte. "Als Chemiker ist es immer wieder spannend, neue Moleküle und Strukturen zu finden. Die Tatsache, dass Bor die Fähigkeit besitzt, diese Art von Struktur zu bilden, ist sehr interessant."

Wang und sein Team waren auch für die frühere Entdeckung von Clustern von 36 Boratomen verantwortlich, die einatomige Scheiben bilden, eine weitere wichtige Nanostruktur, die möglicherweise zu einem Analogon zu Graphen, Borophen, zusammengefügt werden könnte. Tatsächlich war es diese frühere Untersuchung, die den Verdacht aufstellte, dass auch 40-Atom-Cluster von Bor etwas Besonderes sein könnten, da sie im Vergleich zu anderen Bor-Nanostrukturen ungewöhnlich stabil waren.

Um die genaue Struktur dieser 40-Atom-Cluster zu bestimmen, benötigten Wang und sein Team Unterstützung von Hochleistungs-Supercomputern, die mögliche Formationen der Bor-Cluster modellieren konnten. Zunächst wurden über 10.000 mögliche Vereinbarungen identifiziert. Computersimulationen verknüpfen jede Anordnung auch mit ihrer geschätzten Elektronenbindungsenergie — ein Maß dafür, wie fest ein Molekül seine Elektronen hält.

Das Team maß dann die Elektronenbindungsenergie der im Labor hergestellten 40-Atom-Cluster und glich sie mit der entsprechenden Anordnung ab, die durch die Supercomputersimulationen identifiziert wurde. Die Laborergebnisse stimmten mit zwei möglichen Strukturen überein — einem halbflachen Molekül und einem buckyballartigen sphärischen Käfig.

Eine mögliche Verwendung für die Bor Buckyballs, die genannt werden "Borosphären," könnte als Wasserstoffspeicher dienen, da der Elektronenmangel an Bor ideal für die Bindung an Wasserstoff sein könnte. Die winzigen Borkäfige könnten zum Schutz und zur Unterbringung der noch kleineren Wasserstoffatome verwendet werden.

"Für uns ist es eine ziemlich große Sache, als Erster dies zu beobachten," sagte Wang. "Natürlich, wenn es sich als nützlich herausstellt, wäre das großartig, aber wir wissen es noch nicht. Hoffentlich wird dieser erste Befund das Interesse an Borclustern und neuen Ideen zur Synthese in großen Mengen weiter anregen."

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