Исследователи растворяют водонерастворимый нанографит для получения двумерного молекулярного адгезива

Как правило, нанографен нерастворим в органических растворителях и воде, но это не помешало исследователям из Университета Кумамото (КУ) и Токийского технологического института (Токио Техник) найти способ растворения его в воде. ]

«Встроенные капсулы с мицеллами с помощью нанографа» могут быть получены путем простого измельчения и смешивания нанографена с амфифильными V-образными молекулами антрацена в воды при комнатной температуре. (Image credit: Associate Professor Soichiro Yoshimoto)

Исследователи использовали «молекулярные контейнеры», которые окружают нерастворимые в воде молекулы, чтобы разработать процесс образования наноэфирного адслоя – слоя, который химически взаимодействует с подстилающим веществом, просто объединяя нанографы и молекулярные контейнеры вместе в воде. Считается, что этот метод будет полезен для анализа и разработки передовых функциональных наноматериалов.

Графен – монослой атомов углерода – организован в виде листа. Более легкий, чем металл, графен обладает отличными электрическими свойствами и, как результат, привлекает большой интерес как сложный материал для электроники. Nanographene представляет собой структурно определенный граф размером nano, который имеет физические характеристики, отличные от графена. Хотя nanographene является полезным материалом для молекулярных устройств и органических полупроводников, его молекулярная группа нерастворима в широком спектре растворителей; кроме того, его основные физические характеристики недостаточно известны.

Используя мицеллы, водонерастворимые вещества могут быть растворены в воде. Хорошо известным примером мицеллы является мыло. Когда вода и мыльные мицеллы смешиваются вместе, образуются пузырьки, которые являются гидрофильными снаружи и гидрофобными внутри. Именно эти пузырьки ловят масляную грязь, что делает ее относительно легкой смыть водой.

Используя это свойство мицелл, д-р Мичито Йошидзава из Tokyo Tech создал амфипатические (молекулы, обладающие как гидрофильными, так и гидрофобными характеристиками) капсулы мицеллы. Основываясь на работе доктора Йошизавы, ученые KU создали капсулу с мицеллами для нерастворимых составных групп нанографа.

Используя капсулы с мицеллами, содержащие специфические химические структуры (антрацен) в качестве молекулярных контейнеров, команда KU ловко использовала молекулярные взаимодействия для успешного приема молекул нанографа в капсулах. Капсулы мицеллы ведут себя как подарки Санта-Клауса, а высокогидрофобные молекулы наномрофена (игрушка) внутри капсулы (оберточная бумага / коробка) отправляются на поверхность подложки из золота (Au) под водой (елка). В кислом водном растворе капсулы мицелл впоследствии испытывают изменение молекулярного состояния или равновесия, а нанографена внутри этих капсул адсорбируется и размещается на подложке Au, потому что она не может растворяться в воде без «защитной упаковки».

С помощью электрохимического сканирующего туннельного микроскопа или EC-STM, способного разрешать материальные поверхности на атомном уровне, команда смогла рассмотреть три формы молекул нанографа, таких как дикоронилен, циркофенил и овален , в молекулярном масштабе разрешение впервые. Через изображения наблюдалось, что молекулы, адсорбированные на подложке Au, часто выровнены, образуя высокоупорядоченный 2D молекулярный адсор.

Хотя в этой методике изготовления молекулярных адслой используются молекулы с ограничениями растворимости, ее также можно применять к другим молекулам разных типов. Кроме того, этот метод должен привлекать внимание как экологически чистая технология, поскольку он, безусловно, исключает использование опасных органических растворителей. Исследователи полагают, что это, возможно, проложит путь для новых направлений в научном исследовании nanographene.

Пару лет назад КУ столкнулся с серьезными проблемами из-за землетрясений в Кумамото 2016 года. Пока мы оправлялись от этой катастрофы, Tokyo Tech принимала старших студентов из нашей лаборатории в качестве специальных аудиторов. Этот совместный исследовательский проект начался с этого момента. Результаты этой работы являются прямым результатом быстрого реагирования и доброго сотрудничества Tokyo Tech в сложной ситуации, с которой мы столкнулись здесь, в Кумамото. Мы очень ценим их щедрую помощь. Разработанный нами метод также может быть применен к группе молекул с большей химической структурой. Мы ожидаем, что эта работа приведет к разработке молекулярных проводов, новых материалов для батарей, роста тонкопленочных кристаллов из точных молекулярных конструкций и дальнейшему выяснению фундаментальных физических свойств .

Сойхиро Йошимото, доцент и руководитель проекта, Университет Кумамото

Результаты исследования были опубликованы в Angewandte Chemie International Edition 23 октября 19459027 года 2018.

Source link