Liberada a afinidade eletrônica: as surpreendentes capacidades químicas dos fragmentos planos de fulereno

May 16, 2023

By Universidade de Kyoto 22 de junho de 2023

Mesmo sem a simetria e curvatura dos fulerenos, os fragmentos planos de fulerenos projetados que mantiveram a subestrutura pentagonal exibiram as mesmas propriedades de aceitação de elétrons que os fulerenos. Crédito: YAP Co., Ltd

Fragmentos de moléculas esféricas de 'Buckyball' têm capacidade estável de aceitação de elétrons com grande potencial prático.

Researchers at Kyoto University in Japan have gained new insights into the unique chemical properties of spherical molecules composed entirely of carbon atoms, called fullerenes. They did it by making flat fragments of the molecules, which surprisingly retained and even enhanced some key chemical properties. The team published their findings in the journal Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Comunicações da Natureza.

“Our work could lead to new opportunities in a wide range of applications, such as semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">semicondutores, dispositivos de conversão fotoelétrica, baterias e catalisadores”, diz a líder do grupo, Aiko Fukazawa, do Instituto de Ciências Integradas de Materiais Celulares (iCeMS).

Buckminsterfulereno (ou simplesmente 'buckyball') é uma molécula na qual 60 átomos de carbono estão ligados para formar uma forma esférica. Recebeu esse nome devido às semelhanças estruturais com as cúpulas geodésicas projetadas pelo célebre arquiteto Buckminster Fuller, e sua estrutura única tem atraído continuamente o interesse de cientistas. O buckminsterfulereno e aglomerados esféricos de carbono relacionados com diferentes números de átomos de carbono são coloquialmente conhecidos como fulerenos, em homenagem ao sobrenome de Fuller. Uma de suas características mais intrigantes é a capacidade de aceitar elétrons, um processo conhecido como redução. Devido ao seu caráter de aceitação de elétrons, os fulerenos e seus derivados têm sido extensivamente investigados como materiais transportadores de elétrons em transistores orgânicos de película fina e em energia fotovoltaica orgânica. No entanto, os fulerenos são uma classe anômala de materiais em comparação com quaisquer outros aceitadores de elétrons orgânicos convencionais, devido à sua robustez para aceitar múltiplos elétrons.

Químicos teóricos propuseram três fatores possíveis que podem estar por trás da capacidade de aceitação de elétrons do fulereno: a alta simetria de toda a molécula, seus átomos de carbono com ligações dispostas piramidalmente e a presença de subestruturas pentagonais distribuídas entre anéis de seis membros.

A equipe de Kyoto concentrou-se na influência dos anéis pentagonais. Eles projetaram e sintetizaram fragmentos achatados de fulereno e confirmaram experimentalmente que essas moléculas poderiam aceitar até um número igual de elétrons quanto o número de anéis de cinco membros em sua estrutura sem decomposição.

“Esta descoberta surpreendente destaca a importância crucial da subestrutura pentagonal para a geração de sistemas estáveis ​​de aceitação de múltiplos elétrons”, diz Fukazawa.