p A descoberta, há 30 anos, de moléculas de carbono em forma de bola de futebol, chamadas de fulerenos, ajudou a desencadear uma explosão de pesquisas em nanotecnologia. Agora, parece haver uma nova bola em campo. p Pesquisadores da Brown University, A Universidade de Shanxi e a Universidade de Tsinghua, na China, mostraram que um aglomerado de 40 átomos de boro forma uma gaiola molecular oca semelhante a um fulereno de carbono. É a primeira evidência experimental de que uma estrutura de gaiola de boro - anteriormente apenas uma questão de especulação - realmente existe.

p "Esta é a primeira vez que uma gaiola de boro foi observada experimentalmente, "disse Lai-Sheng Wang, um professor de química na Brown que liderou a equipe que fez a descoberta. "Como químico, encontrar novas moléculas e estruturas é sempre emocionante. O fato de o boro ter a capacidade de formar esse tipo de estrutura é muito interessante. "

p Wang e seus colegas descrevem a molécula, que eles apelidaram de borosfereno, no jornal Química da Natureza .

p Os fulerenos de carbono são feitos de 60 átomos de carbono dispostos em pentágonos e hexágonos para formar uma esfera - como uma bola de futebol. Sua descoberta em 1985 foi logo seguida pela descoberta de outras estruturas ocas de carbono, incluindo nanotubos de carbono. Outro famoso nanomaterial de carbono - uma folha de um átomo de espessura chamada grafeno - veio logo em seguida.

p Depois dos fulerenos, os cientistas se perguntaram se outros elementos poderiam formar essas estranhas estruturas ocas. Um candidato era boro, vizinho do carbono na tabela periódica. Mas porque o boro tem um elétron a menos que o carbono, ele não pode formar a mesma estrutura de 60 átomos encontrada na buckyball. Os elétrons ausentes fariam com que o aglomerado entre em colapso sobre si mesmo. Se existisse uma gaiola de boro, ele teria que ter um número diferente de átomos.

p Wang e seu grupo de pesquisa estudam a química do boro há anos. Em um artigo publicado no início deste ano, Wang e seus colegas mostraram que grupos de 36 átomos de boro formam discos de um átomo de espessura, que pode ser costurado para formar um análogo ao grafeno, apelidado de borofeno. O trabalho preliminar de Wang sugeriu que também havia algo especial sobre os aglomerados de boro com 40 átomos. Eles pareciam anormalmente estáveis ​​em comparação com outros aglomerados de boro. Descobrir como aquele cluster de 40 átomos realmente se parece exigiu uma combinação de trabalho experimental e modelagem usando supercomputadores de alta potência.

p No computador, Os colegas de Wang modelaram 10, 000 arranjos possíveis de 40 átomos de boro ligados uns aos outros. As simulações de computador estimam não apenas as formas das estruturas, mas também estime a energia de ligação do elétron para cada estrutura - uma medida de quão firmemente uma molécula mantém seus elétrons. O espectro de energias de ligação serve como uma impressão digital única de cada estrutura potencial.

p A próxima etapa é testar as energias reais de ligação dos aglomerados de boro no laboratório para ver se elas correspondem a alguma das estruturas teóricas geradas pelo computador. Fazer isso, Wang e seus colegas usaram uma técnica chamada espectroscopia de fotoelétrons.

p Pedaços de boro a granel são eletrocutados com um laser para criar vapor de átomos de boro. Um jato de hélio congela o vapor em minúsculos aglomerados de átomos. Os aglomerados de 40 átomos foram isolados por peso, em seguida, eletrocutados com um segundo laser, que tira um elétron do aglomerado. O elétron ejetado voa por um tubo longo que Wang chama de "pista de corrida do elétron". A velocidade com que os elétrons voam pela pista é usada para determinar o espectro de energia de ligação de elétrons do aglomerado - sua impressão digital estrutural.

p Os experimentos mostraram que agrupamentos de 40 átomos formam duas estruturas com espectros de ligação distintos. Esses espectros revelaram-se uma correspondência perfeita com os espectros de duas estruturas geradas pelos modelos de computador. Um era uma molécula semi-plana e o outro era a gaiola esférica semelhante a um fulereno.

p "O avistamento experimental de um espectro de ligação que combinava com nossos modelos foi de suma importância, "Disse Wang." O experimento nos dá essas assinaturas muito específicas, e essas assinaturas se encaixam em nossos modelos. "

p A molécula de borosfereno não é tão esférica quanto sua prima de carbono. Em vez de uma série de anéis de cinco e seis membros formados por carbono, borosfereno consiste em 48 triângulos, quatro anéis de sete lados e dois anéis de seis membros. Vários átomos sobressaem um pouco dos outros, tornando a superfície do borosfereno um pouco menos lisa do que uma buckyball.

p Quanto aos possíveis usos para o borosfereno, é um pouco cedo para dizer, Wang diz. Uma possibilidade, ele aponta, poderia ser armazenamento de hidrogênio. Por causa da deficiência de elétrons do boro, o borosfereno provavelmente se ligaria bem ao hidrogênio. Assim, minúsculas gaiolas de boro poderiam servir como abrigos seguros para as moléculas de hidrogênio.

p Mas para agora, Wang está gostando da descoberta.

p "Para nós, apenas para ser o primeiro a ter observado isso, isso é um grande negócio, "Disse Wang." Claro, se fosse útil, seria ótimo, mas não sabemos ainda. Esperançosamente, esta descoberta inicial irá estimular mais interesse em aglomerados de boro e novas idéias para sintetizá-los em grandes quantidades. "