MADRID, 14 Jul. (EUROPA PRESS) -
El descubrimiento hace 30 años de las moléculas de carbono con forma de pelotas de fútbol, llamadas 'buckyballs', supuso un 'boom' de la investigación en nanotecnología.
Ahora, investigadores de las universidades de Brown, en Estados Unidos, y de Shanxi y Tsinghua, en China, han demostrado que un grupo de 40 átomos de boro forma una jaula molecular hueca similar a una bola hueca de carbono, algo que anteriormente era sólo una especulación, como describen en una artículo publicado en 'Nature Chemistry'. Esta nueva forma del boro podría facilitar nuevos materiales y ser usado para el almacenamiento de hidrógeno
"Ésta es la primera vez que se observa una jaula de boro de forma experimental", señala Lai-Sheng Wang, profesor de Química en la Universidad de Brown y líder del equipo que hizo el descubrimiento. "Como químico, siempre es emocionante encontrar nuevas moléculas y estructuras. El hecho de que el boro tiene la capacidad de formar este tipo de estructuras es muy interesante", destaca este miembro del equipo, que ha llamado a la molécula 'borosfera'.
Las 'buckyballs' de carbono están hechas de 60 átomos de carbono dispuestas en pentágonos y hexágonos para formar una esfera, de forma similar a un balón de fútbol. Su descubrimiento en 1985 fue seguido por los hallazgos de otras estructuras de carbono huecas, incluyendo nanotubos de carbono, y, posteriormente, otro famoso nanomaterial, una hoja de carbono de un átomo de grosor llamada grafeno.
Tras el hallazgo de las 'buckyballs', los científicos se preguntaron si otros elementos podrían formar estas estructuras huecas impares, siendo uno de los candidatos el boro, vecino del carbono en la tabla periódica. Pero debido a que el boro tiene un electrón menos que el carbono, no puede formar la misma estructura de 60 átomos hallada en el 'buckyball', de forma que si existía una jaula de boro, tendría que poseer un número diferente de átomos.
Wang y su grupo de investigación han estado estudiando la química del boro durante años. En un artículo publicado a principios de este año, estos expertos demostraron que los grupos de 36 átomos de boro forman discos de un átomo de espesor, que pueden ser unidos entre sí para formar un análogo al grafeno, denominado borofeno.
Los trabajos preliminares de Wang sugirieron que había algo especial acerca de los conjuntos de boro con 40 átomos, que parecían estar anormalmente estables en comparación con otros grupos de boro. Averiguar qué era en realidad ese grupo de 40 átomos parecía necesitar una combinación de trabajo experimental y modelado usando supercomputadoras de alto poder.
En el equipo, los colegas de Wang diseñaron más de 10.000 uniones posibles de 40 átomos de boro vinculados el uno al otro. Las simulaciones por ordenador estiman no sólo las formas de las estructuras, sino también la energía de enlace de electrones para cada estructura, una medida de cómo de firme sostiente una molécula sus electrones y que sirve como una huella dactilar única del potencial de cada estructura.
El siguiente paso fue poner a prueba las energías de unión reales de los grupos de boro en el laboratorio para ver si coincidían con alguna de las estructuras teóricas generadas por ordenador. Para hacerlo, Wang y sus colegas utilizaron una técnica llamada espectroscopia de fotoelectrones.
Grandes trozos de boro se calientan con un láser para crear vapor de los átomos de boro y luego un chorro de helio congela el vapor en pequeños grupos de átomos. Los grupos de 40 átomos se aislaron por peso y se les aplicó un segundo láser, que saca un electrón de la agrupación, de forma que el electrón expulsado viaja por un tubo largo al que Wang llama "pista de carreras de electrones".
La velocidad a la que los electrones se deslizan por esa pista de carreras se utiliza para determinar las huellas dactilares de la estructura. Los experimentos mostraron que grupos de 40 átomos forman dos estructuras con espectros de unión distinta: una molécula semi-plana y una jaula esférica similar a 'buckyball'.
La molécula borosfera no es tan esférica como su prima de carbono. En lugar de una serie de anillos de cinco y seis miembros formados por carbono, consta de 48 triángulos, cuatro anillos de siete lados y dos anillos de seis miembros. Varios átomos sobresalen un poco de otros, haciendo de la superficie de la borosfera algo menos lisa que una 'buckyball'.
