Fullereen
Fullerenen zijn moleculen die geheel bestaan uit koolstof, in de vorm van een holle bol, ellipsoïde of buis. Bolvormige fullerenen worden in de wandeling buckyballs genoemd en cilindrische fullerenen buckybuizen (buckytubes) of (koolstof) nanobuizen (nanotubes).
De klasse moleculen is genoemd naar Richard Buckminster Fuller, een bekend architect die de geodetische koepel beroemd heeft gemaakt. Buckminsterfullereen (rechts) heeft een daarmee vergelijkbare vorm.
Fullerenen lijken qua structuur op grafiet, dat bestaat uit een laag van verbonden zeshoekige ringen, maar fullerenen bevatten vijfhoekige (of soms zevenhoekige) ringen die voorkomen dat de laag vlak is. Het kleine fullereen zonder aangrenzende vijfhoeken - wat destabiliseert - is C60, buckminsterfullereen.
C60 heeft als structuur een afgeknotte icosaëder, wat lijkt op een voetbal die is opgebouwd uit vijf- en zeshoeken, met een koolstofatoom op de hoeken van elke zeshoek en een binding langs elke zijde. De ionisatie-energie van C60, dat is de energie die nodig is om één elektron van C60 te verwijderen, bedraagt 7,55 eV. C60 heeft bijzondere elektronische en mechanische eigenschappen die de aanzet hebben gevormd tot veel onderzoek. Als C60 door middel van een ion of foton energie opneemt kan het in trilling gebracht, geioniseerd of gefragmenteerd worden. Een voorbeeld van fragmentatie is de herhaaldelijke verdamping van een C2-molecuul, waardoor er C60-2n-moleculen ontstaan.
Een gepolymeriseerde enkelwandige nanobuis is een stof die bestaat uit gepolymeriseerde fullerenen waarin koolstofatomen van de ene buckybuis binden met koolstofatomen in een andere nanobuis.
Tot het eind van de twintigste eeuw waren grafiet en diamant de enige bekende allotropen (verschijningsvormen) van koolstof. Harold Kroto, van de University of Sussex, James Heath, Sean O'Brien, Robert Curl en Richard Smalley, van Rice University, ontdekten C60 en andere fullerenen. Kroto, Curl, en Smalley ontvingen in 1996 de nobelprijs in de scheikunde voor hun rol hierbij. De aanwezigheid van C60 en andere fullerenen zijn later ook aangetoond buiten een laboratoriumomgeving (bijvoorbeeld in kaarsroet). Sinds 1991 is het betrekkelijk eenvoudig geworden om grammen fullerenen te produceren dankzij de technieken ontwikkeld door Donald Huffman en Wolfgang Krätschmer. Aan het begin van de eenentwintigste eeuw, zijn de chemische en fysische eigenschappen van fullerenen nog steeds het onderwerp van veel onderzoek, zowel in het fundamentele als het toegepaste onderzoek. In april 2003 werd onderzoek gepubliceerd naar medische toepassingen van fullerenen: ze kunnen mogelijk specifieke antibiotica binden om resistente bacteriën mee aan te pakken en zelfs kankercellen aanvallen, zoals melanomen.
Fullerenen zijn weinig reactief, doordat de grafietachtige bindingen zeer stabiel zijn. Ze zijn evenmin goed oplosbaar. Onderzoekers hebben fullerenen reactiever kunnen maken door actieve groepen aan hun oppervlak te binden.
Andere atomen kunnen worden 'opgesloten' binnen in fullerenen, en recent bewijs voor een meteorietinslag aan het eind van het Perm was gevonden door edelgassen te onderzoeken die op deze wijze waren bewaard gebleven.
Ook vindt steeds meer onderzoek plaats naar supergeleiding van fullerenen.
Een gebruikelijke synthesemethode van fullerenen is het voeren van een sterke stroom door twee zich dichtbij elkaar bevindende elektrodes in een inerte omgeving. De resulterende boog van koolstofplasma koelt af tot een roetachtig residu waaruit veel fullerenen kunnen worden geïsoleerd.
