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Investigadores asiáticos utilizaram um potente agente de transferência de electrões (α-Li3N) para formar um novo tipo de carbono, começando com o fulereno cristalino.
Grafite, diamante. Grafeno ou fulerenos, em formas mais alotrópicas. Estes são os tipos de carbono mais conhecidos e mais utilizados.
A comunidade científica tem andado a perseguir um outro tipo de carbono, hibridizado sp2, com uma curvatura negativa: o “schwarzite“. Na teoria existe, na prática anda-se à procura.
O carbono pode ser moldado em alguns dos poros periódicos de certos zeólitos, através de deposição de vapor; mas o modelo é incompleto porque alguns poros são muito estreitos. Assim não se conseguem criar schwartzitos de carbono por rotas de modelagem.
Mas uma equipa de cientistas asiáticos, da Coreia do Sul e da China, descobriu uma nova forma de carbono. O estudo foi publicado na revista Nature.
O professor Yanwu Zhu partilhou o interesse de outro autor do estudo, o professor Ruoff: as superfícies mínimas triplamente periódicas, e como o carbono ligado trivalentemente pode, em princípio, produzir estruturas idênticas nas construções matemáticas. As tais “schwarzitas de carbono”, ou “carbono de curvatura negativa”.
O portal Phys explica que, para produzir essa nova forma de carbono, foi utilizado como material de base o pó de fulereno C60 (buckminsterfulereno, também chamado de moléculas de buckyball).
O C60 foi misturado com α-Li3N (“alfa nitreto de lítio”) e depois aquecido a temperaturas moderadas, sendo mantido a uma atmosfera de pressão.
Verificou-se que o α-Li3N catalisou a quebra de algumas das ligações carbono-carbono em C60, e novas ligações C-C foram aí formadas com moléculas C60 vizinhas, através de transferência de electrões para as moléculas C60.
A equipa utilizou assim um potente agente de transferência de electrões (α-Li3N) para formar um novo tipo de carbono, começando com o fulereno cristalino.
Então nomearam esta inovação: “carbono poroso ordenado de longo alcance”. CPOLA, sigla em português.
O CPOLA são “gaiolas C60 quebradas”, com periodicidade de longo alcance. Ou seja, as gaiolas C60 quebradas ainda estão centradas nos locais da rede da rede cúbica centrada na face, mas foram “abertas” até certo ponto e formaram ligações umas com as outras.
É um contexto invulgar. Porque existe uma ordem periódica de longo alcance de um certo tipo, mas nem todas as gaiolas C60 quebradas são idênticas às suas vizinhas.
Verificou-se que a formação do CPOLA ocorreu em condições estreitas de temperatura e relação carbono/Li3N. O aquecimento de até 550.ºC com uma proporção de 5:1 entre carbono e Li3N causa a destruição parcial (quebra de algumas ligações C-C) das buckyballs, o que resultou na descoberta da estrutura quebrada da gaiola C60 encontrada no CPOLA .
Uma temperatura mais amena de 480.ºC ou um nível inferior de Li3N não danifica as buckyballs, que se juntam para formar um cristal de polímero C60. Esse cristal decompõe-se em buckyballs individuais após o reaquecimento. Enquanto isso, adicionar muito Li3N ou uma temperatura mais severa acima de 600.ºC originou desintegração completa dos fulerenos.
O CPOLA tem uma variedade de métodos e (de facto) a sua caracterização não foi fácil por causa da variedade de “gaiolas C60 quebradas” ligeiramente diferentes, que no entanto mantêm as suas posições numa rede cristalina cúbica de face centrada padrão.
O CPOLA é uma estrutura metaestável produzida durante a transformação de carbonos “tipo fulereno” em carbonos “tipo grafeno”.
Os dados de estrutura fina de absorção de raios X de borda próxima da borda K do carbono mostram um grau mais alto de deslocalização de electrões em CPOLA do que em C60.
A condutividade eléctrica é de 1,17 × 10−2 S cm-1 à temperatura ambiente, e a condução a uma temperatura inferior a 30 Kelvin parece ser uma combinação de transporte metálico em distâncias curtas pontuadas por salto de portadora.
É um carbono com muitos recursos fascinantes, mas não é uma schwarzita de carbono. Falta perceber para que pode ser utilizado: colheita, transformação e armazenamento de energia; catálise para gerar produtos químicos; separação de iões moleculares ou gases são três possibilidades.
E está aberto o caminho para outros carbonos cristalinos a partir de C60(s) – e talvez de outros fulerenos como C70, C76, C84, entre outros.
