Descoberto um primo superatômico do grafeno

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/01/2023

O grafulereno é uma folha descascada de um cristal formado por bolas de carbono (C60).
[Imagem: Nicoletta Barolini/Columbia University]

Grafulereno

Apesar de ser o principal componente de toda a vida orgânica na Terra, as formas materiais do carbono têm frequentado continuamente as listas das "descobertas".

Em 1996, o Prêmio Nobel de Química foi para os descobridores do fulereno, uma estrutura superatômica simétrica de 60 átomos de carbono com a forma de uma bola de futebol; em 2010, pesquisadores que trabalhavam com uma versão ultraforte e atomicamente fina de carbono, conhecida como grafeno, ganharam o Prêmio Nobel de Física.

Desde então se descobriram várias outras novas formas de carbono, algumas delas mais duras que diamante, e ainda há muitas mais previstas pela teoria, os chamados "carbonos matemáticos", ainda à espera de que alguém consiga sintetizá-los.

Elena Meirzadeh e seus colegas da Universidade de Colúmbia, nos EUA, acabam de fazer sua parte, descobrindo uma nova versão do carbono que fica em algum lugar entre os fulerenos e o grafeno.

Batizado por isso de grafulereno, é nova forma bidimensional de carbono composta de camadas de fulerenos interligados. Assim como o grafeno foi retirado de uma amostra de grafite usando uma fita adesiva, o grafulereno foi "descascado" de um cristal maior de grafulerita.

"É incrível encontrar uma nova forma de carbono no ano de 2022," disse o professor Colin Nuckolls. "Também faz você perceber que existe toda uma família de materiais que podem ser feitos de maneira semelhante e que terão propriedades novas e incomuns como consequência da informação gravada nos blocos de construção superatômicos."

Assim como o grafeno, o novo carbono foi descoberto por "descascamento", ou exfoliação.
[Imagem: Elena Meirzadeh et al. - 10.1038/s41586-022-05401-w]

Versatilidade muito maior

Meirzadeh, que sintetizou os primeiros cristais de grafulerita, explica que o grafulereno é o "primo" superatômico do grafeno - os chamados superátomos são constituídos de um aglomerado de átomos, mas apresentando propriedades de átomos elementares, incluindo seu próprio comportamento eletrônico.

Assim, as semelhanças entre o grafulereno e o grafeno, não vão muito longe. Conforme a pesquisadora explica, o grafeno e a maioria dos outros materiais bidimensionais são feitos de elementos repetidos, portanto limitados a geometrias de ligação específicas e, como resultado, têm propriedades específicas.

Já a estrutura superatômica do grafulereno o torna incrivelmente modular. Com 60 átomos de carbono na bola para trabalhar, os fulerenos podem teoricamente ser ligados de inúmeras maneiras diferentes, cada uma das quais pode produzir diferentes propriedades eletrônicas, magnéticas e ópticas - esta primeira versão sintetizada agora representa apenas uma das configurações possíveis.

Ponto de partida

Meirzadeh usou uma técnica de síntese de estado sólido de alta temperatura envolvendo um andaime de magnésio, que foi posteriormente removido.

"Como químicos, tentamos coisas e nem sempre sabemos o que vai acontecer. Achei que ele ia desmoronar, mas ficou intacto,” lembra ela. “Ver um cristal de carbono puro e intacto que poderíamos facilmente esfoliar e estudar foi uma grande surpresa."

A descoberta do novo material, contudo, é apenas o começo do trabalho para descobrir as propriedades, e eventuais usos, do grafulereno.

Do ponto de vista químico, a equipe planeja ajustar suas propriedades modulares e introduzir novas estruturas e observar em detalhes o que acontece quando folhas de grafulereno são combinadas com diferentes tipos de materiais bidimensionais, para ver quais outros segredos o carbono esconde.

"As descobertas do grafeno e dos fulerenos foram incrivelmente impactantes. Agora nós os combinamos nesta nova forma de carbono. Não sabemos exatamente o que vai sair deste trabalho, mas será muito emocionante explorar," disse o professor Xavier Roy.

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