Initialement postées sur le blog Nature news
Juste à temps pour la finale de la Coupe du Monde, des chercheurs ont réussi à construire les premiers « buckyballs » entièrement fabriqués à partir d’atomes de bore. Contrairement aux vrais buckyballs à base de carbone, les molécules de bore ne sont pas formées exactement comme des ballons de football. Mais cette nouvelle forme de bore pourrait conduire à de nouveaux nanomatériaux et pourrait trouver des utilisations dans le stockage de l’hydrogène.
Robert Curl, Harold Kroto et Richard Smalley ont trouvé le premier buckyball — ou buckminsterfullerene – en 1985. La cage creuse, composée de 60 atomes de carbone disposés en pentagones et hexagones comme un ballon de football, tire son nom de l’architecte et ingénieur américain Richard Buckminster Fuller, qui a utilisé les mêmes formes dans la conception de ses dômes. La découverte a ouvert les portes de l’inondation pour créer plus de structures de carbone avec des qualités impressionnantes, telles que les nanotubes de carbone et le graphène épais à un atome. Depuis lors, les scientifiques des matériaux ont également cherché des structures ressemblant à des boules de buckyball constituées d’autres éléments.
En 2007, Boris Yakobson, un scientifique des matériaux de l’Université Rice à Houston, au Texas, a théorisé qu’une cage composée de 80 atomes de bore devrait être stable. Une autre étude publiée la semaine dernière prédit une structure stable avec 36 atomes de bore.
Publié aujourd’hui dans Nature Chemistry, une équipe dirigée par Lai-Sheng Wang, chimiste à l’Université Brown de Providence, Rhode Island, est devenue la première à voir une telle bête — bien que sa structure soit légèrement différente de celle prévue. Les chercheurs appellent leur molécule de 40 atomes borosphérène. Il est disposé en hexagones, heptagones et triangles.
« Nous avons prédit la possibilité du fullerène B80, et maintenant, sept ans après, il est remarquable de voir des preuves expérimentales”, explique Yakobson. « D’autant plus que ce n’est pas ce que les calculs théoriques prédisaient. »
L’équipe de Wang a trouvé la structure en recherchant des analogues du graphène à base de bore. Ils ont constaté que les amas de 40 atomes de bore semblaient inhabituellement stables, mais ils ne savaient pas quelle forme ces amas prenaient. D’autres calculs et expériences ont révélé qu’ils avaient créé deux structures stables — l’une une molécule presque plate, l’autre une structure creuse en forme de boule faite de formes tesselées, similaires à la buckyball de carbone.
En plus d’avoir une forme moins élégante, les billes de borosphène forment un type de liaison interne différent de leurs homologues carbonés. Cela les rend difficiles à utiliser en tant que blocs de construction isolés car ils ont tendance à interagir les uns avec les autres, mais cette réactivité peut rendre les boucles de bore bonnes pour la connexion en chaînes. Cela rend également les balles capables de se lier à l’hydrogène, ce qui, selon l’équipe, pourrait les rendre utiles dans le stockage de l’hydrogène.
Le bore n’est pas le premier élément après le carbone à se faire buckyballer, mais le résultat peut être l’analogue le plus proche de la variété de carbone. Les scientifiques ont formé des structures de type buckyball à partir de composés à base d’uranium et de silicium, des structures de nitrure de bore à parois mutli et de disulfure de molybdène et des cages à un élément plus petites d’or, d’étain et de plomb. Mais seul le bore semble correspondre à la grande cage creuse et à la symétrie de la buckyball de carbone originale, explique Yakobson.
Cet article est reproduit avec permission et a été publié pour la première fois le 13 juillet 2014.