Une équipe de chercheurs de l’Université d’Oxford et d’IBM Research-Zürich a, pour la première fois, synthétisé et caractérisé un anneau de 18 atomes de carbone.
![Cyclo[18]carbone. Crédit image : Kaiser et al.](https://7zine.com/wp-content/uploads/2022/07/Cyclocarbone-Nouvelle-forme-de-carbone-synthetisee-Chimie-Physique.jpg)
Cyclo[18]carbone. Crédit image : Kaiser et al.
Le carbone, l’un des éléments les plus abondants de l’Univers, est capable de former de nombreuses formes différentes (allotropes) en raison de sa valence.
Les formes les plus connues sont le diamant, le graphite, le carbone amorphe, les nanotubes de carbone, les fullerènes sphériques et elliptiques.
“Si ces formes de carbone sont bien étudiées, il en existe d’autres moins connues et une en particulier est restée insaisissable : les cyclocarbones, dans lesquels les atomes de carbone n’ont que deux voisins, disposés en forme d’anneau”, a déclaré la première auteure, Katharina Kaiser, d’IBM Research-Zürich, et ses collègues.
“Discutée depuis de nombreuses années, la structure des cyclocarbones était inconnue, et deux possibilités étaient débattues, soit avec toutes les liaisons de l’anneau de la même longueur (doubles liaisons uniquement), soit avec une alternance de liaisons plus courtes et plus longues (alternance de liaisons simples et triples).”
“Des preuves de leur existence ont été publiées en phase gazeuse, mais en raison de leur grande réactivité, ils n’ont pas pu être isolés et caractérisés – jusqu’à présent.”
L’approche de l’équipe a consisté à générer du cyclocarbone par manipulation d’atomes sur une surface inerte à basse température – environ 5 K (moins 450 degrés Fahrenheit, ou moins 268 degrés Celsius) – et à l’étudier par microscopie à force atomique à haute résolution.
“Dans un premier temps, nous nous sommes concentrés sur les segments linéaires de carbones doublement coordonnés, en explorant les voies possibles pour créer de tels matériaux riches en carbone par la manipulation des atomes”, expliquent les scientifiques.
“Nous avons déclenché des réactions chimiques en appliquant des impulsions de tension avec la pointe du microscope à force atomique”.
“Nous avons découvert que de tels segments pouvaient être formés sur un substrat de cuivre recouvert d’une très fine couche de sel de table.”
“Comme la couche de sel est chimiquement très inerte, les molécules réactives n’ont pas formé de liaisons covalentes avec elle.”
“Après la création réussie des segments linéaires de carbone, nous avons tenté de créer du cyclocarbone sur la même surface.”
“A cette fin, nous avons synthétisé un précurseur de cyclo…[18]carbone qui est un anneau composé de 18 atomes de carbone. “
Le précurseur de l’oxyde de carbone, C24O6En plus de ses 18 atomes de carbone, elle contient six groupes de monoxyde de carbone (CO), ce qui augmente la stabilité de la molécule.
“En utilisant la microscopie à force atomique, nous avons localisé les molécules précurseurs, préparées sur le film mince de sel”, ont déclaré les chercheurs.
“En utilisant des impulsions de tension appliquées à la pointe du microscope à force atomique, nous avons pu retirer des paires de groupes CO du précurseur. Nous avons identifié des intermédiaires avec deux et quatre groupes CO retirés.”
Finalement, l’équipe a également été en mesure d’enlever les six groupes CO et de former des composés cycliques.[18]carbone.
“Les applications futures sont suggérées par le fait que nous pourrions fusionner des cyclocarbones et/ou des carbonoxydes cycliques par la manipulation des atomes”, ont déclaré les auteurs.
“Cette possibilité de former de plus grandes structures riches en carbone en fusionnant des molécules par manipulation d’atomes ouvre la voie à la création de molécules riches en carbone plus sophistiquées et de nouveaux allotropes de carbone.”
“A terme, des structures moléculaires sur mesure pourraient être utilisées comme éléments pour l’électronique moléculaire, basée sur le transfert d’électrons uniques.”
L’étude a été publiée en ligne cette semaine dans la revue. Science.
