Een onderzoeksteam is erin geslaagd om met slechts 18 koolstofatomen een stabiele ring te maken.

Koolstof (C) komt in verschillende vormen voor. Als elk koolstofatoom een binding aangaat met drie andere C-atomen krijg je het zachte materiaal grafiet. Voeg aan ieder atoom een vierde toe en je krijgt een van de hardste materialen ter wereld: diamant.

Maar een ring van koolstofatomen, waarbij elk atoom is gebonden aan slechts twee andere? Dat was wetenschappers nog niet gelukt. Hun beste pogingen resulteerden in een instabiele gasvormige koolstofring. Nu zijn het onderzoekers van de Oxford University en IBM Research wél gelukt om een stabiele koolstofring te maken. Zo schrijven ze in vakblad Science.

Lees ook:

• Nieuwe vorm goud is dunste tot nu toe
• Filmpje: molecuulstructuur verandert

18 atomen

De ringvormige koolstofverbinding, een zogeheten cyclocarbon, is gemaakt van 18 koolstofatomen. Dit is de kleinste cyclocarbon waarvan wordt voorspeld dat die thermodynamisch stabiel is.

Om dit voor elkaar te krijgen, maakten de onderzoekers eerst het driehoekige cyclocarbonoxide C₂₄O₆. Hierbij zijn 18 koolstofatomen gebonden aan zes koolstofmonoxidemoleculen, twee geclusterd aan elk van de drie hoeken van de driehoek.

Deze molecuulstructuur bracht het team over op een laag natriumchloride (zout) op een koperplaat, gekoeld in een vacuümkamer tot net boven het absolute nulpunt. Dit zorgde ervoor dat de structuur stabiel bleef.

Vervolgens haalde het team met behulp van de punt van een atoomkrachtmicroscoop de koolmonoxidemoleculen een voor een weg en liet alleen de ring van koolstofatomen achter, zoals aangegeven in onderstaande afbeelding.

© IBM Research

Natuurlijk was ‘even die koolmonoxidemoleculen weghalen’ een stuk lastiger dan het klinkt. Het kwam geregeld voor dat, bij het weghalen van zo’n molecuul, de hele ring instortte en dan kon alles weer van vooraf aan beginnen.

Halfgeleider

Goed, de onderzoekers zijn er dus in geslaagd zo’n koolstofring te maken – en nu? Nou, het interessante aan deze cyclocarbon is dat elk atoom met een enkel elektron aan de ene buur en met drie elektronen aan de andere buur bindt. (In plaats van dat elk koolstofatoom met twee elektronen aan elk ander atoom bindt.)

Van deze structuur wordt gedacht dat hij halfgeleidend is. Dat zou betekenen dat deze koolstofring een halfgeleider is, waardoor hij uiteindelijk nuttig kan zijn in de computertechnologie. Maar dat is ver vooruit denken, de wetenschappers hebben eerst nog een hoop ander werk te verrichten.

Het produceren van cyclocarbons moet bijvoorbeeld worden verfijnd, zodat de ring minder snel instort. Bovendien kan op dit moment slechts een ring tegelijk worden gemaakt, dus het team zoekt naar manieren om meerdere cyclocarbons tegelijk te bouwen.

Bronnen: Science, Gizmodo, ScienceAlert

Beeld: IBM Research

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!