Ein Team chinesischer Forscher der Xiamen Universität und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat den bisher kleinsten Kohlenstoffball der Welt in fester Form hergestellt ? ein so genanntes Fulleren aus 50 Kohlenstoffatomen. Die Krümmung der Oberfläche dieses Moleküls ist im Vergleich zu den bekannteren C-60-Fullerenen stark erhöht, so dass die energetische Struktur des neuen Stoffes einige Überraschungen mit sich bringen könnte. Darüber berichtet das Fachmagazin Science (Band 304, Seite 699).
Lan-Sun Zheng und seine Kollegen mussten zur Herstellung der C-50-Moleküle zu einem besonderen Trick greifen, da die kleineren Bälle aufgrund der höheren Spannung zwischen den Atomen in der Regel so instabil sind, dass für größere Fullerene angewendete Herstellungstechniken nicht zum Erfolg führen. Da für Fullere mit weniger als 60 Kohlenstoffatomen keine energetisch besonders stabile Struktur mehr existiert, konnten kleinere Fullerene daher bisher nur in der Gasphase hergestellt werden.
Um dennoch C-50-Moleküle in größeren Mengen herstellen zu können, stabilisierten die Forscher die Moleküle mit Chlor-Seitenarmen. Dazu setzten sie Kohlenstofftetrachlorid in einer mit Helium gefüllten Gaskammer einem starken Lichtbogen aus. Dabei bildete sich am Boden der Gaskammer eine feste Kohlenstoffschicht aus. Diese bestand aus einer Mischung aus Graphit und verschiedenen Fullerenen, von denen die gewünschten C-50-Moleküle dann mittels eines Chromatographieverfahrens abgetrennt werden konnten. Jedes C-50 Molekül wies dabei zehn Seitenarme aus Chloratomen auf, die für seine Stabilisierung entscheidend waren.
Auf diese Weise gelang es den Wissenschaftlern, etwa zwei Milligramm C-50 herzustellen, das daraufhin mit verschiedenen Methoden wie etwa der optischer Spektroskopie, der Kernspinresonanz sowie eines Massenspektrographen charakterisiert werden konnte. Die Forscher wollen nun beginnen, die elektrischen und optischen Eigenschaften des neuen Fullerens genauer zu untersuchen.
Fullerene sind käfigartige Kohlenstoffmoleküle, deren Oberfläche aus Fünfecken und Sechsecken von Kohlenstoffatomen aufgebaut ist. Bei allen Fullerenen mit 60 oder mehr Kohlenstoffatomen ist dabei jedes Fünfeck von jeweils fünf Sechsecken umgeben. Auf diese Weise kann die Krümmung der Moleküloberfläche und damit die Spannung zwischen den einzelnen Atomen minimiert werden, so dass die Käfige für lange Zeit stabil sind. Bei C-50 weist die Moleküloberfläche jedoch eine derartig starke Krümmung auf, dass die Moleküle instabil sind.
Stefan Maier
