Emmanuel Bourret
Étudiant au doctorat en physique et chimie
Université de Montréal
Publication primée : Colossal Fullertubes C130: pure molécule [5,5] C130-D5h(1) soluble composée d’un nanotube de carbone de 70 atomes et deux embouts hémifulleriques de 30 atomes
Publiée dans : Journal of the American Chemical Society
Résumé
Le carbone se présente sous diverses formes, appelées allotropes, parmi lesquelles les plus connues sont le diamant et le graphite utilisés dans les crayons. Ces allotropes, qui possèdent des structures très différentes, montrent que la configuration et l’agencement des atomes de carbone influencent profondément les propriétés des matériaux qu’ils constituent. Au cours des trois dernières décennies, des allotropes de carbone à l’échelle nanométrique, soit environ 1/100000 de l’épaisseur d’un cheveu humain, les nanocarbones, ont été découverts, transformant complètement le domaine de la science des matériaux et ouvrant la voie à de nouvelles technologies. Par exemple, le fullerène C60, une petite sphère creuse composée de 60 atomes de carbone en forme de ballon de soccer, a été découvert en 1985. Ensuite, de petits cylindres creux formés par une feuille d’hexagones de carbone enroulée, les nanotubes de carbone, ont été découverts en 1991, suivis en 2004 par le graphène, une feuille d’hexagones de carbone de l’épaisseur d’un seul atome. Grâce à ces agencements géométriques distincts, les nanocarbones peuvent conduire l’électricité, absorber et émettre de la lumière, posséder des propriétés magnétiques intéressantes et servir d’hôtes pour d’autres molécules. Les nanocarbones ont des applications potentielles dans de nombreux domaines de la science des matériaux, avec des perspectives particulièrement prometteuses dans l’électronique bio-organique (comme la peau et les nerfs artificiels), la recherche de nouveaux catalyseurs pour la production d’hydrogène vert, le développement de bio-capteurs, la découverte de nouveaux matériaux supraconducteurs, les technologies quantiques, ainsi que dans la bio-imagerie. Malgré ces promesses, divers défis freinent encore le développement de nouvelles applications à base de nanocarbone. En particulier, la production de nanocarbones structurellement uniformes reste un défi majeur. À l’exception des fullerènes, les nanocarbones comme les nanotubes ou le graphène ne sont pas considérés comme des molécules; ils ne peuvent donc pas être isolés ou purifiés en formes structurelles distinctes. Par exemple, les nanotubes sont généralement produits par des méthodes de décharge d’arc électrique ou d’ablation laser de graphite, qui produisent des nanotubes de différents diamètres, longueurs et chiralités qui ne peuvent pas être entièrement séparés. Contrairement aux nanotubes, les fullerènes, également synthétisés par des techniques similaires, peuvent être isolés sous forme pure en raison de leur nature moléculaire. Cependant, les fullerènes ont une gamme d’applications plus restreinte par rapport aux nanotubes et au graphène, car seule une variété limitée de structures distinctes a été isolée jusqu’à présent, en raison de la difficulté croissante à séparer ces molécules à mesure qu’elles augmentent en taille. Par conséquent, pour faire progresser le domaine des nanocarbones, il est nécessaire de développer des nanocarbones moléculaires pouvant être séparés et présentant des propriétés aussi flexibles que les nanotubes. Dans cette étude, Emmanuel Bourret et ses collaborateurs ont rapporté la découverte et la caractérisation d’une nouvelle molécule, le fullertube C130, la plus grande molécule soluble de carbone isolée à ce jour. Leur travail démontre qu’il est possible d’isoler de grands nanocarbones tubulaires et solubles, dont les propriétés se rapprochent de celles des nanotubes au fur et à mesure que la section tubulaire s’allonge.