Впервые удалось налюдать образование фуллеренов.

Наблюдая через просвечивающий электронный микроскоп (TEM), исследователям из Германии, Испании и Великобритании удалось впервые наблюдать как листы графена трансформируются в сферические фуллерены. Этот эксперимент может пролить свет на то, как образуются фуллерены на атомном уровне, что было загадкой до настоящего времени.

«Это — первый раз, когда кто-либо смог непосредственно пронаблюдать механизм образования фуллеренов»,— отмечает Андрей Хлобыстов из Университета Ноттингема, : «Вскоре после открытия фуллеренов (25 лет назад), был предложен механизм их образования „сверху-вниз“. Однако он был вскоре отброшен в пользу множества различных „снизу-вверх“ механизмов, в основном из-за невозможности понять как хлопья графена могут образовывать фуллерен и из-за невозможности наблюдать этот процесс „в живую“»
Как отмечается в последнем исследовании, опубликованном в  Nature Chemistry, имеется четыре основных шага в этом процессе «сверху-вниз», который может быть смоделирован квантово-химически. Решающая первая стадия — потеря атомов углерода на краю графенового листа. Так как углеродные атом на краю графена связаны лишь двумя связями с основной структурой, имеется возможность оторвать их с помощью высокоэнергетического пучка электронов («e-beam») в микроскопе, один за одним. Направляя пучок e-beam на края графенового листа можно наблюдать непрерывное изменение его формы.

Потеря крайних атомов дестабилизирует структуру графена и запускает три последующих шага. Увеличение количества «висящих» связей на краю графена приводит к образованию пятиугольников, с последующим искривлением графена в чашеобразную форму. Оба этих процесса термодинамически выгодны, так как они сближают крайние атомы, позволяя им образовать связь друг с другом.

На четвертом, последнем этапе, углеродные связи искривленного графена «застегивают» края, что приводит к образованию клеткообразного фуллерена. Из-за того, что процесс «застегивания» уменьшает количество висящих связей, сферический фуллерен представляет собой наиболее стабильную форму углеродных атомов в этих условиях. Как только края полностью запечатаны, дальнейшие атомы уже не отрываются, и образовавшийся фуллерен остается неповрежденный под воздействием электронного пучка.

Хотя сферические фуллерены могут быть получены с большим выходом из графита (представляющего из себя большую стопку графеновых листов), до сих пор не был понятен процесс их образования. Наблюдая процесс в реальном времени, можно выявить все особенности изменений при переходе из плоской формы в сферическую. Результаты позволяют приоткрыть тайну образования фуллеренов, объяснив, например, как лазерная абляция работает в качестве метода их получения: пучок электронов в микроскопе, подобно лазерному лучу, придает энергию для разрыва связей и создает условия для первого, главного шага в процессе образования.

«Ключом к непосредственному наблюдению формирования фуллеренов является (i) атомно тонкий лист графена, закрепленный перпендикулярно электронному пучку; (ii) TEM высокого разрешения, достаточного для наблюдения отдельных атомов; и (iii) аккуратный анализ эволюции графена в фуллерен, моделирование процесса и корреляция экспериментальных данных с теоретическими расчетами, «— добавляет Хлобыстов.
Кроме того, результаты помогают объяснить высокое содержание фуллеренов C60 и C70 в различных метода получения. Отмечено, что большие (больше 100 атомов) исходные графеновые хлопья получают значительный проигрыш в энергии при искривлении, поэтому их края продолжают обрываться до тех пор, пока не станут достаточно малы для искривления. С другой стороны, очень маленькие (менее 60 атомов) хлопья испытывают избыточное напряжение на связях при искривлении, что не дает листу замкнуться. Так, для термодинамически-выгодного завершения процесса, результирующий фуллерен должен быть в диаметре около 1 нм, что соответствует 60–100 углеродным атомам.

Весь процесс можно наблюдать на видео:

You need Flash installed to watch this ideo

Источник: http://www.physorg.com/news195468858.html