Исследователи производят полимеры из шарикового бота

28 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

от Мюнстерского университета

N-гетероциклические карбены (NHC) представляют собой небольшие реакционноспособные кольцевые молекулы, которые хорошо связываются с металлическими поверхностями и которые за последние несколько лет привлекли большой интерес в области стабильной химической модификации металлических поверхностей. Одним из свойств, обнаруженных в Мюнстерском университете в Германии несколько лет назад, является способность некоторых производных NHC не только прикрепляться к отдельным атомам металла, но и полностью извлекать отдельный атом с поверхности. Связавшись с этими так называемыми адатомами, НГК свободно скользят по поверхности — подобно шароботу, т. е. роботу, который движется по сфере.

Используя такие «молекулы-шарики» и сотрудничая с китайскими исследователями, мюнстерским физикам и химикам впервые удалось заставить галогенированные NHC производить длинноцепочечные мобильные полимеры — цепочки молекул — на металлических поверхностях. Подробности работы опубликованы в журнале Nature Chemistry.

Мобильность NHC типа шарбота открывает новые возможности, например, самосборку в высокоупорядоченные домены из молекул этого типа, вплоть до кооперативного поведения роевого типа со стороны NHC при автономном преобразовании определенных металлических поверхностей в различные высокоупорядоченные структуры без какого-либо внешнего воздействия, такого как свет или электроны.

«Помимо самоорганизации, эти шариковые полимеры открывают большие перспективы для новых применений в наноэлектронике, поверхностной функционализации и катализе», — говорит профессор Харальд Фукс, старший профессор Института физики Мюнстерского университета и научный директор Центра нанотехнологий ( CeNTech) в Мюнстере.

NHC можно легко модифицировать по группам азота (N) пятикратного гетероциклического тела молекул. В результате это позволяет не только влиять на электронное взаимодействие карбенов с атомами металлической поверхности, например золота, но и управлять расположением карбенов вертикально или параллельно поверхности.

Особенностью используемых галогенированных NHC, разработанных в Институте органической химии Мюнстерского университета, является их способность спонтанно образовывать адатомы на благородных металлах и возникающая в результате подвижность. Это является предпосылкой их соединения и реакции с другими реактивными системами на поверхности.

«Решающим фактором успеха экспериментов стал баланс между химической реакционной способностью мономерных структурных единиц и их подвижностью», — говорит ведущий автор профессор Джиндонг Рен, бывший научный сотрудник в группе профессора Харальда Фукса, а теперь главный исследователь. (PI) и руководитель группы Национального центра нанонауки и технологий (NCNST) Китая.

С одной стороны, мономеры могут легко перемещаться по поверхности благодаря своим свойствам шарика; с другой стороны, время контакта, которое имеют стороны реакции, должно быть достаточно продолжительным, чтобы реакция произошла. Это происходит, прежде всего, за счет молекулярной структуры и подходящего температурного режима во время эксперимента.

Контроль химических реакций и предоставление доказательств желаемых продуктов реакций в области прецизионной химии поверхностей требуют узкоспециализированных препаративных и аналитических экспериментов, которые позволяют наблюдать молекулярные взаимодействия на поверхностях и отдельные стадии реакции на субмолекулярном уровне.