Самосортирующееся поведение «наноматов» имеет потенциальные применения

Исследователи Канадзавского университета обнаружили, что самосортировка проявляется некоторыми гексагональными и пятиугольными органическими молекулами. Исследование было опубликовано в Коммуникационная химия .

Структуры столба [n] аренов, n = 5 и 6. Слева, синий: катионный (положительно заряженный) варианты; справа, красный: анионные (отрицательно заряженные) варианты. (Изображение предоставлено Университетом Канадзава)

Эффект можно использовать для выращивания многослойных трубчатых структур, которые поддерживают геометрию исходных полостей.

Супрамолекулярные сборки на самом деле являются наноструктурами, происходящими из молекул, которые связываются вместе в более крупные единицы посредством межмолекулярных взаимодействий. Самосортировка, при которой молекулы обнаруживают свои копии и связываются с ними, является одним из методов контроля надмолекулярной сборки.

Результаты междисциплинарной ассоциации между супрамолекулярной группой (Tomoki Ogoshi и коллегами) и группой атомно-силовой микроскопии (AFM) (Hitoshi Asakawa, Takeshi Fukuma и коллегами) из Института естественных наук о жизни Nano (WPI-NanoLSI) Канадзава В настоящее время университет показал, что самосортирующееся поведение может возникать из принципа геометрической комплементарности по форме: в комбинации определенных шестиугольных и пятиугольных молекулярных строительных блоков шестиугольники связываются с шестиугольниками, а пятиугольники связываются с пятиугольниками, и смешение больше не происходит.

Группа АСМ, в которую входили Асакава и ее члены, провела эксперименты с молекулами, известными как столбы [n] аренов, с n = 6 и n = 5, соответственно, соответствующих гексагональной и пятиугольной формам. Обе эти молекулы входят в два «аромата»: отрицательно заряженный (анионный) или положительно (катионный). Полигональные молекулы в основном представляют собой кольца из 5 или 6 совпадающих органических звеньев, каждое из которых содержит бензольное кольцо; однако для анионного и катионного вариантов состав единиц отличается.

Супрамолекулярная группа, в которую входили Огоши и его коллеги, позволила катионным столбам [5] аренов (P [5] + в сокращенной записи) адсорбироваться на кварцевой подложке. Команде удалось вырастить многослойные структуры P [5] + / P [5] – / P [5] + /… из этой структуры, поочередно погружая ее в катионные и анионные растворы столба [5] арена. Посредством ультрафиолетово-видимых спектроскопических измерений добавление слоя проверялось каждый раз. В результате общая структура представляет собой «наномат» из трубчатых структур с пятиугольными порами. Аналогичные результаты были достигнуты для столпа [6] аренов: возможно изготовление пакетов чередующихся анионных и катионных слоев гексагональных молекул. Профессора Томофуми Тада и Таканори Фукусима, а также сотрудники Токийского технологического института совместно исследовали расположение столбов [n] аренов на поверхности.

К удивлению исследователей, гексагональные и пятиугольные строительные блоки не могли быть сложены при попытке создать катионный слой на анионном, и наоборот. Это не что иное, как проявление самосортировки: даже если ионные взаимодействия способствуют образованию слоистых катион-анионных структур, только такие же многоугольники обладают способностью к самосборке.

Кроме того, команда исследовала структуру первого слоя молекул P [6] + или P [5] + на кварцевой подложке. Двумерная (2D) структура упаковки не показала дальний структурный порядок для гексагональных молекул, в то время как это было для пятиугольных молекул. Это частично связано с более низкой плотностью последнего. Такая же тенденция была замечена в многослойных «наноматах», то есть в дальнем порядке для пятиугольных стеков. Моделирование методом Монте-Карло, благодаря ассоциации с профессором Томонори Дотера из Университета Киндай, моделировало структуры упаковки, зависящие от формы кольца.

Эффект самосортировки, обнаруженный Огоши и его коллегами, имеет огромное потенциальное применение.

По словам исследователей, « Конечной задачей будет распространение информации о форме полости на поверхности для обеспечения узнаваемой формы адсорбционных и адгезивных материалов ».

Source link