Physico-chimiste américain né à Alice, au Texas. Robert F. Curl fait ses études à Berkeley (Californie), où il obtient, en 1957, un doctorat en chimie. Curl travaille depuis 1958 à l'université Rice, à Houston (Texas) où il a été nommé professeur en 1967.
C'est grâce à la collaboration étroite entre Robert F. Curl, Harold W. Kroto et Richard E. Smalley que les fullerènes ont été découverts.
À l'origine, Curl travaillait avec Smalley, étudiant les spectroscopies infrarouge et micro-ondes d'amas métalliques (clusters), dont Smalley était un spécialiste de la préparation. Celui-ci utilisait un appareil qu'il avait mis au point : fonctionnant par impact d'un faisceau laser, il permettait la vaporisation de n'importe quel matériau connu. Kroto s'intéressait, à l'université du Sussex à Brighton, aux espèces moléculaires carbonées interstellaires. Par l'intermédiaire de Curl, Kroto persuada Smalley d'utiliser son appareil en vue de préparer des amas carbonés et d'étudier leurs structures par analyses spectrales. C'est ainsi que, en 1985, la vaporisation de graphite à l'aide de l'« appareil de Smalley » conduisit à la découverte d'une molécule inattendue dont l'analyse par spectroscopie de masse montra qu'elle était constituée de soixante atomes de carbone. Curl, Smalley et Kroto pensaient que cette molécule devait avoir une structure de cage fermée, ressemblant à un ballon de football, ce qui sera vite confirmé. Le nom de fullerène a été donné à ce type de molécule, par allusion à des structures architecturales créées par l'architecte américain Richard B. Fuller (par exemple pour le pavillon des États-Unis à l'Exposition universelle de 1967 à Montréal). D'autres molécules ayant ce type de structure ont été synthétisées depuis 1985. Elles sont généralement caractérisées par un nombre pair d'atomes de carbone supérieur à soixante. Cependant, la préparation d'un fullerène comportant trente-six atomes de carbone a été décrite en 1998. Ces molécules, qui représentent, après le graphite et le diamant, la troisième forme organisée du carbone, s'apparentent du point de vue géométrique a des polyèdres réguliers, l'icosaèdre en particulier, d'où des symétries souvent élevées. La structure en cage des fullerènes permet d'y enfermer des atomes ou des agrégats. Ils peuvent être modifiés et fonctionnalisés de manière précise, ouvrant ainsi la voie à une chimie nouvelle très prometteuse en applications diverses. La décennie 2000 a d'ailleurs vu la multiplication de « macromolécules » uniquement constituées de carbone, notamment les fameux nanotubes de cet élément.
Robert Curl, Richard Smalley et Harold Kroto ont partagé le prix Nobel de chimie en 1996.
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