Publiée pour la première fois en ligne en octobre dernier, la découverte a été faite par Bourret en tant que scientifique principal d'une équipe interuniversitaire qui comprenait également des chercheurs de l'Université Purdue, de Virginia Tech et du Laboratoire national d'Oak Ridge dans le Tennessee.

Un fullertube est essentiellement un assemblage d’atomes de carbone disposés pour former une cage tubulaire fermée. Il est apparenté aux fullerènes, des molécules représentées comme des cages d'hexagones et de pentagones interconnectés et se présentant dans une grande variété de tailles et de formes.

Par exemple, un C₆₀ Le fullerène est composé de 60 atomes de carbone et a la forme d’un ballon de football. Il est relativement petit, sphérique et très abondant. C₁₂₀ les fullerènes sont moins courants. Ils sont plus longs et ont la forme d'un tube coiffé à chaque extrémité des deux moitiés d'un C₆₀. fullerène.

Trouvé dans la suie

Le C₁₃₀ fullertube (ou C₁₃₀ -D_5h , son nom scientifique complet) est plus allongé que le C₁₂₀ et encore plus rare. Pour l'isoler, Bourret et son équipe ont généré un arc électrique entre deux électrodes de graphite pour produire de la suie contenant des molécules de fullerène et de fullertube. La structure électronique de ces molécules a ensuite été calculée à l'aide de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT).

« S'appuyant sur les principes de la mécanique quantique, la DFT permet de calculer des structures électroniques et de prédire les propriétés d'une molécule en utilisant les règles fondamentales de la physique », explique le directeur de thèse de Bourret, Michel Côté, professeur de physique à l'UdeM et chercheur à l'Institut Courtois de l'Université.

Grâce à un logiciel spécial, Bourret a pu décrire la structure de la molécule C130 :il s'agit d'un tube doté de deux hémisphères aux extrémités, lui faisant ressembler à une capsule microscopique. Il mesure un peu moins de 2 nanomètres de long sur 1 nm de large.

"La structure du tube est essentiellement constituée d'atomes disposés en hexagones", a expliqué Bourret. "Aux deux extrémités, ces hexagones sont reliés par des pentagones, leur donnant leur forme arrondie."

Bourret a commencé à faire des travaux théoriques sur les fullertubes en 2014 sous la direction de son alors superviseur Jiri Patera, professeur de mathématiques à l'UdeM. Après le décès de Patera en janvier 2022, Bourret a alors contacté Côté, qui est devenu son nouveau superviseur.

Existence affichée en 2020

Deux ans auparavant, Bourret avait lu un article du professeur Steven Stevenson de l'Université Purdue de Fort Wayne, qui décrivait l'isolement expérimental de certains tubes Fuller, démontrant leur existence mais ne les identifiant pas tous.

Sous la direction de Côté, Bourret s'est mis au travail pour faire progresser les connaissances sur le sujet.

"Emmanuel avait une solide expérience en mathématiques abstraites", se souvient Bourret, "et il a ajouté une dimension intéressante à mon groupe de recherche, qui se concentre sur des approches plus informatiques."

"C'est difficile à dire à ce stade, mais une possibilité pourrait être la production d'hydrogène", a déclaré Côté. "Actuellement, on utilise un catalyseur composé de platine et de rubidium, tous deux rares et coûteux. En les remplaçant par des structures en carbone telles que le C₁₃₀ permettrait de produire de l'hydrogène de manière plus « verte ».

Les résultats sont publiés dans le Journal of the American Chemical Society .