Учёные провели компьютерную симуляцию декомпозиции нитрофуллерена, то есть модифицированных молекул фуллерена C₆₀. Они показали, что реакция высвобождает большое количество энергии (температура поднимается до тысяч градусов, давление до нескольких бар) за несколько пикосекунд. Это первая детальная симуляция взрывчатки такого типа.

Новый материал с формулой C₆₀(NO₂)₁₂ принадлежит к активно развивающемуся новому направлению химии, которое изучает высокоэнергетические наноматериалы из углерода. Такие вещества найдут применение в промышленности, военном деле и даже медицине (например, для взрыва отдельных бактерий).

При нагревании C₆₀(NO₂)₁₂ до 1000°K происходит изомеризация NO₂ в C–O–N–O в течение 1 пикосекунды. Сразу после этого осуществляется эмиссия молекул NO и формирование групп CO на поверхности фуллерена.

Молекулы NO окисляются до NO₂ (<10 пс), а структуры бакминстерфуллерена C₆₀ окисляются до CO₂ (несколько десятков пикосекунд). При нагревании до нескольких тысяч кельвинов молекулы CO₂ восстанавливаются до диуглерода C₂. Процесс показан на иллюстрациях.

Авторы научной работы — группа химиков из университете Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе: Виталий Чабан, Олег Преждо и Эд Этерно Филети (Eudes Eterno Fileti) — опубликовали статью “Buckybomb: Reactive Molecular Dynamics Simulation” в журнале “The Journal of Physical Chemistry Letters”.

Исследование показало, что температура начала реакции и высвобождаемая энергия сильно зависят от химического состава и плотности материала.

Вообще, полинитрофуллерены — стабильные молекулы, которые уже научились синтезировать в лабораторных условиях. Группа NO₂, как известно, широко применяется в различной взрывчатке, быстро освобождая энергию во время полного или частичного окисления промежуточных продуктов реакции.

Учёные исследовали разные варианты нитрофуллеренов, с шестью и девятью группами NO₂. Они стабильны при комнатной температуре, но не показывают такой силы детонации. Молекулы с 14 группами NO₂, с другой стороны, нестабильны. Так что додеканитрофуллерен — наиболее подходящий компромисс для данной практической задачи.