FULLERENI "alla carta"

I >fullereni, molecole di 60 atomi di carbonio (seppure ne esistano anche con 540 ndr) e della forma di un pallone da calcio, costituiscono la terza forma stabile del carbonio dopo il diamante e la grafite. Fin dalla loro scoperta nell'anno 1985, sono state proposte numerose applicazioni in Nanotecnologia basate sulle particolari proprietà meccaniche ed elettroniche. Molte di queste applicazioni risiedono nella possibilità di creare piccole modifiche della molecola, come la sostituzione di certi atomi nella struttura per altre di differente specie chimica (etero fullereni) o nella incorporazione al loro interno (fullereni endoedrali). La grande stabilità della struttura tridimensionale dei fullereni aveva impedito fino ad oggi la formazione di queste varianti molecolari.
 
In un articolo dell'ultimo numero della rivista Nature, un'equipe multidisciplinare composto da scienziati del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), del Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), dell' Instituto Catalán de  Investigaciones Químicas (ICIQ e dell' Universidad Autónoma de Madrid (UAM), sviluppa un nuovo metodo per la sintesi controllata di queste specie a partire da precursoi planari [1]. Questa equipe è altresì internazionale e vede come prime firme, rispettivamente sperimentale e teorica, due dottorandi, uno argentino e uno italiano (Giulio Biddau), quest'ultimo frutto della cosiddetta fuga dei cervelli.

Il meccanismo rappresenta l'equivalente in scala molecolare di quei disegni di cartone ritagliabili con i quali abbiamo tutti giocato da bambini per costruire figure tridimensionali a partire da disegni in un foglio.
Nel nostro caso abbiamo sfruttato le tecniche di sintesi e di sostituzione chimica per creare una molecola planare con una struttura e una composizione adeguata. Questa molecola si può curvare e piegarsi su se stessa per formare strutture molecolari tridimensionali ricercate. Il segreto per indurre questo processo è utilizzare le proprietà catalitiche di una superficie di platino, che favorisce la perdita degli atomi di idrogeno che circondano la molecola precursore planare. La tendenza a chiudere i legami chimici liberi risultanti induce l'incurvamento e la chiusura della struttura.   

Questo processo è stato caratterizzato utilizzando il microscopio a effetto tunnel (“Scanning Tunneling Microscopy”, STM), uno strumento basilare in nanotecnologia per visualizzare e manipolare la materia. Sofisticati calcoli teorici, combinati con i risultati dell'STM e altre tecniche sperimentali, ci hanno permesso comprendere il meccanismo su scala atomica.
 
La efficienza del processo proposto apre la posta alla sintesi controllata di tutta una nuova famiglia di molecolederivate dai fullereni. Nel nostro lavoro siamo stati in grado di sintetizzare per la prima volta l'eterofullereno C57N3 , che potrebbe giocare un ruolo fondamentale nella nanoelettronica. Il processo di chiusura può realizzarsi in presenza di un flusso di altri atomi o molecole per favorire il processo di incapsulamento dentro la struttura finale chiusa. Questa estensione del nostro metodo permetterebbe l'accesso ai fullereni endoedrali.

Questo lavoro dimostra l'importanza di un approccio multidisciplinare per raggiungere progressi significativi in nanotecnologia. Il suo sviluppo ha richiesto la collaborazione di un numeroso gruppo di ricercatori, diretti da Berta Gomez-Lor (CSIC) e Antonio Echavarren (ICIQ) per la parte di sintesi chimica, da Rubén Pérez (UAM) negli aspetti di simulazione teorica, e da Jose A. Martín-Gago (CSIC,CAB)  nella caratterizzazione sperimentale e la coordinazione generale.

A cosa servono?
Microelettronica, Bioelettronica, Nanomedicina.. un'infinità di possibili applicazioni a cui noi abbiamo aperto la strada. Se i fullereni hanno queste applicazioni, con metallofullereni e fullereni endoedrali stiamo aprendo strade che la fisica della materia aveva messo da parte causa la estrema difficoltà di sintesi.

Qualcosa di me...
ho 29 anni appena compiuti, sono sposato da due anni con una ragazza di Singapore, che ha appena terminato un Master in Economia internazionale, sono di e ho studiato a Cagliari, dove mi sono laureato con un normale 106/110 in Fisica. Ho trovato subito motle possibilità, Londra, Orlando, Singapore ma alla fine scelsi Madrid. Ora sono al terzo anno di dottorato, tra un anno dovrei finire.

per approfondire vedi anche: http://digilander.libero.it/Fullereni/Applicazioni.htm

Il gruppo di ricerca
[1] Fullerenes from aromatic precursors by surface-catalysed cyclodehydrogenation.
Gonzalo Otero1, Giulio Biddau2, Carlos Sánchez-Sánchez1, Renaud Caillard1, María F. López1, Celia Rogero3, F. Javier Palomares1, Noemí Cabello4, Miguel A. Basanta2, José Ortega2, Javier Méndez1, Antonio M. Echavarren4, Rubén Pérez2, Berta Gómez-Lor1 & José A. Martín-Gago1,3.   
Nature 454, Number 7206 pp 865-868 (14th of  August, 2008)
1 Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain.
2  Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada, Universidad Autónoma de Madrid, 28049 Madrid, Spain.
3  Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), Carretera de Torrejón a Ajalvir, km 4, 28850 Torrejón de Ardoz, Madrid, Spain.
4  Institute of Chemical Research of Catalonia (ICIQ), Avinguda Paisos Catalans 16, 43007 Tarragona, Spain.

 immagini
Fig.1 Illustrazione delle differenti tappe del processo di piegamento e chiusura. (a) Struttura geometrica della molecola precursore planare C57H33N3.   (b)  La stessa molecola adsorbita a temperatura ambiente in una superficie di platino. (c) Struttura dell' eterofullereno C57N3   formato dopo aver indotto la perdita dell'idrogeno(deidrogenazione) e piegato a circa 477º C (750 K). Le sfere grigie rappresentano gli atomi si carbonio, le bianche l'idrogeno e le blu l'azoto 

Fig.2 Immagine grafica combinata delle strutture molecolari in differenti stadi del processo, con le immagini STM della molecula precursore planare C57H33N3 adsorbita nella superficie e la molecula chiusa risultante C57N3 .