T-koolstof, zoals de nieuwe vorm heet, is bijna zo sterk als diamant, maar erg poreus. Het materiaal kent een aantal opmerkelijke eigenschappen. Zo is het ideaal om waterstof in op te slaan. Betekent dit een doorbraak voor de waterstofauto?
Koolstof: veelzijdig element
Koolstof is vermoedelijk het veelzijdigste chemische element. De atoomsoort vormt het skelet van zo ongeveer de hele biochemie (dus alle leven) op aarde en er zijn talloze vormen waarin koolstof voor kan komen. Naast diamant en grafiet zijn ook fullerenen (een moleculaire voetbal) en koolstofnanobuisjes bekend. Het “wondermateriaal” grafeen is in feite een laagje grafiet van een atoom dik, beschikt over een aantal zeer bijzondere eigenschappen (de enorme treksterkte bijvoorbeeld, vijf keer die van staal) en is geschikt om in veel toepassingen staal te vervangen.
Waterstofopslag
Er is nu door Xian-Lei Sheng, Qing-Bo Yan, Fei Ye, Qing-Rong Zheng, and Gang Su van de Graduate University van de Chinese Academie van Wetenschappen in Beijing, een nieuwe loot ontdekt aan de reeds vruchtbare stam van koolstofvarianten. T-koolstof bestaat uit een soort vlechtwerk van koolstofatomen waartussen zich grote poriën bevinden. In feite is het diamant, waarbij elk koolstofatoom is vervangen door een tetraëder (driehoekige piramide) van vier koolstofatomen. Het gevolg daarvan is dat er grote open ruimtes ontstaan tussen de tetraëders waar zich moleculen van andere stoffen, bijvoorbeeld waterstof, tussen kunnen wurmen. Waterstof bevat heel veel energie per gram maar is zelfs als vloeistof zeer licht: een liter waterstof heeft een massa van zeventig gram. Een materiaal als dit zou het mogelijk maken waterstof effectief samen te persen.
Luchtige halfgeleider
T-koolstof heeft nog meer opmerkelijke eigenschappen, zo wijzen berekeningen uit. Het materiaal is stabiel bij kamertemperatuur en is een halfgeleider. De luchtige samenstelling biedt nog extra toepassingsmogelijkheden. Zo zou het materiaal met enige wijzigingen wellicht te gebruiken kunnen zijn als batterij of katalysator voor het splitsen van water in waterstof en zuurstof. Omdat het zowel luchtig als sterk is (tweederde keer zo sterk als diamant) , is het zeer interessant voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart.
Bestaan stofnevels uit deze vorm van koolstof?
Koolstofrijke nevels absorberen veel meer licht dan theoretisch kan, uitgaande van de hoeveelheid koolstof in de nevels. De onderzoekers veronderstellen dat mogelijk T-koolstof hier verantwoordelijk voor is. Door de holtes in het materiaal worden veel meer lichtgolven ingevangen en uiteindelijk geabsorbeerd. Ook wordt wellicht gezocht naar de verkeerde koolstofvormen, waardoor koolstof lijkt te ontbreken. Ook koolstofrijke exoplaneten als WASP-12B zouden voor een belangrijk deel uit deze nieuwe koolstofallotroop kunnen bestaan.
Volgende stap: synthese
Het viertal wil nu proberen het theoretisch voorspelde materiaal daadwerkelijk in een lab te produceren. Dit belooft een zeer taaie klus te worden, immers hiervoor moet diamant, het hardst bekende materiaal worden geëxpandeerd. Een andere techniek die de onderzoekers voorstellen, koolstofdampdepositie, eventueel met een later te verwijderen stof er tussen, lijkt kansrijker.
Bronnen:
PhysOrg
Physical Review Letters