Los científicos de la Universidad Estatal de Florida están ofreciendo una nueva comprensión de cómo se forma un nanomaterial intrigante, el metalofullereno, en un estudio de investigación publicado recientemente.

Los metalofullerenos son parte de la familia del carbono, y parientes de lo que popularmente se conoce como buckyballs. Buckyballs, o fullerenos, son huecos, en forma de pelota de futbol, jaulas esféricas que representan una forma básica de carbono. Los espacios vacíos en los fullerenos pueden atrapar átomos de metal, resultando en metalofullerenos.

"Los metalofullerenos son una forma única de nanocarbono molecular, "dice el químico de la FSU Paul Dunk, coautor del estudio. "Son potencialmente útiles en varios diagnósticos biomédicos, en particular como agentes de contraste para resonancia magnética ".

Los hallazgos publicados podrían ayudar a allanar el camino para aplicaciones basadas en metalofullereno que van desde la biomedicina hasta la energía renovable. El artículo, "La formación ascendente de metalofullerenos endoédricos está dirigida por transferencia de carga, "se publicó en la edición de diciembre de Comunicaciones de la naturaleza .

"Bajo ciertas condiciones, Los metalofullerenos pueden tener propiedades espectaculares que los hacen apreciados como materiales avanzados para una variedad de tecnologías. como la conversión de la luz solar en electricidad y como posibles componentes de la electrónica molecular, "Dijo Dunk.

Las jaulas de carbono encapsuladas en metal pueden incluso ser moléculas cósmicas importantes, formándose en ambientes estelares y polvo de estrellas.

Para descubrir cómo se sintetizan los metalofullerenos en un laboratorio, el equipo de investigación se basó en la instrumentación de alto campo magnético disponible en la instalación de resonancia de ciclotrón de iones en el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético. El equipo internacional incluyó:Harry Kroto de Florida State, ganador del premio Nobel de Química de 1996 por el descubrimiento de los fullerenos; Químicos MagLab; y científicos de la Universidad Rovira i Virgili en España y la Universidad de Nagoya en Japón.

Los metalofullerenos se obtienen mediante un proceso asombrosamente simple:Mezclar grafito y un metal, y luego vaporizarlo hasta convertirlo en hollín, que parece la materia negra de la llama de una vela. De ese hollín Los metalofullerenos se encuentran misteriosamente.

"Al vaporizar el carbono y el metal en las condiciones adecuadas, estos fascinantes materiales se ensamblan espontáneamente, "Dunk dijo." Pero si la forma principal en la que se forman ni siquiera se conoce, es difícil averiguar cómo producir mejor estas emocionantes moléculas ".

Mientras que las jaulas vacías como Buckminsterfullerene, C60, están disponibles en cantidad de toneladas hoy, los metalofullerenos sufren cantidades limitadas, obstaculizando así la investigación que explora completamente el material.

"Vimos por primera vez evidencia de metalofullerenos pocos días después del descubrimiento de Buckminsterfullereno en 1985, pero no estábamos seguros de cómo se formaron. Fue simplemente asombroso que incluso lo hicieran, "Dijo Kroto." Eso fue hace casi tres décadas. A pesar de los importantes avances de los últimos 10 años, el proceso de formación ha resultado ser muy desafiante porque ocurre en un abrir y cerrar de ojos ".

Para descubrir el rompecabezas de larga data, Los investigadores utilizaron un láser para disparar grafito dopado con metal, y los productos complejos formados fueron analizados por el espectrómetro de masas de resonancia ciclotrónica de iones de transformada de Fourier de 9,4 tesla del laboratorio. La poderosa técnica de análisis permitió al equipo estudiar meticulosamente la formación de metalofullereno con la friolera de 90 elementos diferentes, casi todos los elementos disponibles de la tabla periódica.

Los resultados sin precedentes permitieron reconstruir el mecanismo de formación, basándose en el trabajo pionero reciente sobre jaulas vacías del mismo grupo.

Previamente, Se predijo que las láminas planas de carbono deberían ser expulsadas del grafito y cerrarse para formar metalofullerenos gigantes. que hipotéticamente podrían entonces "encogerse" en jaulas de tamaño mediano que se usan más comúnmente en biomedicina y tecnología.

Sin embargo, los investigadores observaron un resultado opuesto en sus experimentos. Descubrieron que un átomo de metal nuclea inicialmente el carbono para formar metalofullerenos muy pequeños, que luego crecen en los conocidos tamaños de jaula más grandes.

El tipo de metal encapsulado pareció afectar significativamente la rapidez con que los pequeños metalofullerenos crecieron hasta convertirse en las jaulas medianas más útiles. lo que podría ayudar a explicar el bajo rendimiento de metalofullerenos mediante el uso de métodos de síntesis típicos.

La aclaración de cómo se produce la construcción molecular de estas jaulas de carbono encapsuladas en metal debería ayudar a abrir nuevas direcciones en nanotecnología.

"Esperamos que estos resultados sean útiles para diseñar nuevas estrategias de producción para realizar plenamente las aplicaciones de metalofullereno y explorar más a fondo sus increíbles propiedades". que sin duda beneficiaría a la sociedad, "Dijo Dunk.