Het periodiek systeem bevat 118 chemische elementen. Echter, slechts een paar van hen, zoals waterstof, koolstof, stikstof, zuurstof en silicium, zijn van groot belang in ons dagelijks leven. Maar vanuit chemisch oogpunt wordt het pas echt spannend als er minder bekende elementen bij betrokken zijn. Een internationale onderzoeksgroep uit Duitsland en Finland ontdekte verbazingwekkende en mooie moleculaire structuren toen, in plaats van zuurstof of zwavel, ze gebruikten het element tellurium, die een ander gewicht heeft, in ringvormige koolwaterstofmoleculen. Deze verbindingen onderscheiden zich door het feit dat ze in het kristal zijn gerangschikt om zeer symmetrische buizen te vormen die met elkaar interageren via de telluriumatomen.

Moleculaire ringen zijn gerangschikt in buizen

Het halfgeleidertellurium heeft vergelijkbare chemische eigenschappen als de 'verwante' elementen zwavel en selenium. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de ringvormige koolwaterstoffen, waarin het team specifiek telluriumatomen heeft verwerkt, gedragen zich ook op dezelfde manier als de overeenkomstige bekende verbindingen die zwavel of selenium bevatten - tenminste wanneer ze zijn opgelost. Tellurium neemt niettemin een bijzondere positie in.

"Er gebeurt iets bijzonders wanneer deze stoffen kristallen vormen, " zegt Prof. Wolfgang Weigand van de Friedrich Schiller Universiteit Jena, een van de twee corresponderende auteurs van de huidige publicatie over dit onderwerp. "Vrijwel oneindig lange buizen worden dan gevormd, waarin de ringvormige moleculen bij elkaar worden gehouden door de telluriumatomen. Dit gebeurt als gevolg van een ongewoon sterke intermoleculaire interactie. Als resultaat, er ontstaan ​​zeer interessante structuren, die we hier kunnen waarnemen." Soortgelijke structuren zijn al bekend in de chemie, bijvoorbeeld de zogenaamde metaal-organische raamwerken. "In tegenstelling tot die, echter, onze verbindingen zijn geen coördinatiepolymeren, " legt Weigand uit. "Daarom, ze gedragen zich anders. Dit is te zien, bijvoorbeeld, in het feit dat ze deze supramoleculaire vormen alleen als kristallen maken en niet wanneer ze zijn opgelost." eerste experimentele bevindingen tonen aan dat atmosferische zuurstof de telluriumatomen kan oxideren en ze vervolgens aan elkaar kan koppelen om gestapelde verbindingen te vormen.

Een nieuwe manier om gas op te slaan?

Het Duits-Finse onderzoeksteam heeft ontdekt dat, vanwege hun speciale holtes, deze telluriumverbindingen in vaste vorm hebben een extreem groot oppervlak van bijna 1000 vierkante meter per gram - of ongeveer tweeënhalve basketbalvelden. "Het is in principe denkbaar dat gassen, zoals koolstofdioxide, in deze holtes kunnen worden gevangen, ", zegt Wolfgang Weigand. "Echter, het was voor ons allereerst belangrijk om deze opwindende verbindingen te verkennen en te bestuderen." Verder onderzoek is nodig voordat praktische toepassingen mogelijk kunnen worden.

"Dit onderzoek zou niet mogelijk zijn geweest zonder het Erasmusprogramma van de EU, ", voegt Jena-chemicus Weigand toe. "Het idee voor dit werk kwam oorspronkelijk van mijn voormalige promovendus, Dr. Tobias Niksch, in Jena, en door een verblijf als gastwetenschapper aan de Universiteit van Oulu in Finland door mijn voormalige masterstudent, Marko Rodewald, in de groep onder leiding van Prof. Risto Laitinen. We hebben al 15 jaar een zeer goede relatie met de universiteit en we hebben samen regelmatig onderzoeksresultaten gepubliceerd. En de theoretische berekeningen in dit artikel zijn gedaan door een van Risto Laitinen's voormalige promovendi, die nu onderzoek doet aan de Universiteit van Jyväskylä in Finland. Dit paper laat daarom zien hoe belangrijk uitwisselingen en netwerken zijn voor wetenschappelijke vooruitgang. Ik kijk er nu al naar uit om samen met onze Finse collega's verder onderzoek te doen naar deze interessante structuren."