Нанокубы могут автоматически соединяться и разбираться при различных температурах

]

Ученые разработали два типа наноразмерных строительных блоков, которые могут автоматически соединяться в кубы и превращаться в отдельные компоненты в зависимости от температуры окружающей среды. Это достижение на один шаг ближе к химическим системам, которые более убедительно имитируют жизнь.

Исследовательская группа профессора Shuichi Hiraoka разработала два типа нанокубов, чьи строительные блоки представлены гексафенилбензолом и производными, представляющими собой производные блоки (гексафенилбензол) синий), может автоматически объединяться и смешивать несколько раз в зависимости от температуры окружающей среды. (Изображение предоставлено: Zhan et al. 2019 DOI: 10.1038 / s41467-019-09495-1)

Представьте, что вы смешиваете две жидкости, такие как чернила и вода. Они будут автоматически выполнять простой химический процесс диспергирования, пока они не будут идеально смешаны. Однако нет никакого химического процесса для автоматического разделения воды и чернил – вам нужно кипятить воду в газ, чтобы отделить ее от чернил.

Шуичи Хираока, профессор, факультет фундаментальных наук, Токийский университет.

Новые строительные блоки, разработанные командой Хираоки, могут скремблировать или автоматически соединяться из-за разной температурной стабильности кубов, которые они образуют.

Два типа строительных блоков практически идентичны и напоминают снежинки. Ученые окрашивают их в синий или красный цвет на принципиальных схемах. Куб из красных блоков стабилен при температуре ниже 130 ° C (266 ° F), а куб из синих блоков стабилен только при температуре ниже 65 ° C (149 ° F).

При хранении отдельно строительные блоки соединяются в полностью красные или полностью синие однородные кубы.

Когда два типа кубов смешиваются вместе при комнатной температуре (25 ° C, 77 ° F), красный и синий строительные блоки автоматически воссоединяются в кубы самого стабильного типа, которые состоят из любой смеси три красных и три синих блока. Эта смесь красно-синих кубиков похожа на правильно смешанные чернила и воду.

Когда ученые стремятся разбить красно-синие кубики, чтобы преобразовать полностью красные и полностью синие кубы, они выполняют простое двухступенчатое изменение температуры. Эта способность означает химический подвиг, невозможный с сочетанием чернил и воды.

Сначала смесь нагревают до кипения (100 ° С, 212 ° F). Синие кубики становятся нестабильными и всплывают в виде отдельных молекул, в то время как красные строительные блоки объединяются в полностью красные кубы.

Затем ученые быстро охлаждают смесь (0 ° C, 32 ° F), так что красные кубики остаются вместе, в то время как синие строительные блоки автоматически собираются в полностью синие кубы.

Ученые также могут предотвратить смешивание смеси полностью красных и полностью синих кубов с более устойчивыми смешанными красно-синими кубами, заполняя кубы некоторым веществом, например, другими молекулами, такими как углеводороды. Молекулы гостя успешно блокируют кубы, закрытые изнутри, так что строительные блоки не смогут втиснуться в другие, более стабильные группировки кубов.

В будущем мы планируем разработать еще более сложную химическую систему, основанную на молекулярных кубах, используя уникальную способность к самосборке и различные источники энергии, помимо тепла.

Шуичи Хираока, профессор, факультет фундаментальных наук, Токийский университет.

Нанокубы в настоящем исследовании имеют ту же стандартную структуру, что и конструкция, заявленная в октябре 2018 года.

Источник: https://www.u-tokyo.ac.jp

Source link