Witte emissie bij buckyballen - september 1993 Rob van den Berg

Dit jaar waren ze nog niet goed genoeg voor een Nobelprijs, maar dat de fullerenen bekroond zullen worden is iets waar weinig chemici aan twijfelen.

Al meer dan drie jaar houden deze exotische koolstofmoleculen de gemoederen op veel laboratoria bezig. Aan de stroom ontdekkingen lijkt voorlopig geen eind te komen, al zijn sommige niet betrouwbaar. Zo was er twee maanden geleden nog het bericht dat een derivaat van het Cwellicht een rol zou kunnen spelen bij de bestrijding van het AIDS-virus, een schoolvoorbeeld van de hype die het molecuul sinds zijn ontdekking heeft omgeven. Onlangs rapporteerden onderzoekers van de Universiteit van Manchester echter over een veel belangwekkender fenomeen: lichtgevende buckyballen (Laser Focus World, sept. '93).
 


De ontdekking was een toevalstreffer, omdat de groep chemici onder leiding van David Leigh eigenlijk op zoek was naar een manier om de snel roterende en springerige moleculen beter te kunnen 'hanteren' voor verder chemisch onderzoek. Op suggestie van een collega werden ze daarom opgenomen in de poriŽn van een zogenaamde moleculaire zeef, een alumino-fosfaat met de naam VPI-5. Dergelijke moleculaire zeven worden in de petrochemische industrie op grote schaal gebruikt als dragermateriaal voor katalysatoren, en zijn daarbij door hun nauwkeurig gedefinieerde poriegrootte uitzonderlijk selectief. Daarnaast vinden ze hun toepassing als waterontharders in wasmiddelen.

Omdat de poriŽn van het VPI-5 een diameter hebben van 1.25 nanometer, en de buckyballen ook ongeveer van die grootte zijn, moest het mogelijk zijn om de voetballen in de poriŽn te 'vangen'.

Dat laatste lukte inderdaad: ongeveer een derde van de beschikbare ruimte kon worden gevuld. Om echter de precieze aard van het hierdoor verkregen materiaal vast te kunnen stellen, werd het belicht met een laser en werd het spectrum opgenomen. Terwijl de fullerenen in puur kristallijne vorm slechts een zeer zwak, infrarood licht uitstralen, bleken ze opgesloten in de kanalen van de moleculaire zeef, een zeer intense fluorescentie te vertonen die bovendien overal in het zichtbare gebied bijna even sterk was!

Een dergelijke witte emissie is zeer zeldzaam, want normaal gesproken vertonen moleculen een heel karakteristiek lijnen- of bandenspectrum. Hoewel de precieze oorzaak van dit verschijnsel nog moet worden vastgesteld, lijkt het voor de hand te liggen dat quantum-effecten in de nauwe poriŽn een rol spelen (zogenaamde quantum-opsluiting).

Mogelijke toepassingen zijn een nieuw materiaal voor lasers, waarmee een breed kleurenspectrum kan worden bestreken, of als basis voor nieuwe optische displays. Helemaal interessant wordt het als blijkt dat het materiaal ook elektroluminescentie (emissie onder invloed van een elektrische stroom of spanning) zou vertonen, omdat dan ongekende mogelijkheden worden geopend voor gebruik in de micro-elektronica.