Jo langsommere de drejer, jo lysere lyser de

Med Halloween overstået, spøgelsesagtige dekorationer bliver nu erstattet af julepynt, hvoraf mange lyser i mørke. denne glød, kaldet luminescens, produceres af kemiske og biokemiske reaktioner, eller når elektroner i et materiale exciteres til højere energitilstande ved eksponering for lys. Luminescens af sidstnævnte slags kaldes fotoluminescens og er meget brugt i fluorescensmikroskopi og til udvikling af forskellige typer sensorer.

Nu, forskere fra Coordination Chemistry and Catalysis Unit ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har opdaget, at ved at kombinere kobber med organiske molekyler, de kan skabe metalkomplekser, der udviser fotoluminescens. Hvad mere er, ved at variere størrelsen af ​​disse organiske molekyler, de kan styre lysstyrken af ​​det udsendte lys. Undersøgelsen er blevet offentliggjort i tidsskriftet Uorganisk kemi .

Forskere har traditionelt skabt fotoluminescerende metalkomplekser ved hjælp af materialer som platin, ruthenium, osmium, rhenium og iridium, til brug i genstande såsom urskiverne på nogle ure. Imidlertid, disse ædle metaller er meget dyre, og de forbindelser, de danner, er giftige at håndtere. Kobberkomplekser på den anden side, give et billigere alternativ og have en struktur, som videnskabsmænd let kan manipulere.

I dette studie, forskerne skabte fotoluminescerende kobberkomplekser ved at kombinere kobberatomer med organiske molekyler, eller ligander, med forskellige amingrupper. "Processen med at konstruere kobberkomplekset er enkel og starter med syntesen af ​​egnede ligander, " forklarer Dr. Pradnya Patil, en post-doc forsker og studiets hovedforfatter. Hun syntetiserede fire lignende ligandermolekyler - N-methyl, N-isobutyl, N-isopropyl og N-tert-butyl - der varierede i størrelse, hvor N-methyl-molekylet er det mindste og N-tert-butyl-molekylet det største.

Idéen bag denne undersøgelse slog først Prof. Julia Khusnutdinova mange år tidligere. I løbet af sin post-doc forskning, hun opdagede, at ligandmolekylerne brugt i denne nuværende undersøgelse, var meget dynamiske af natur, da deres evne til at binde sig til metalatomer blev ledsaget af mange variationer i deres molekylære former og bevægelse.

De fire ligandmolekyler blev derefter kombineret med kobber for at producere metalkomplekser, og deres molekylære strukturer blev undersøgt ved hjælp af avancerede teknikker såsom røntgendiffraktion og NMR-spektroskopi, at bestemme deres størrelse. Det mindste kobberkompleks, som indeholdt N-methyl, bevægede sig mere fleksibelt og hurtigere sammenlignet med de tre andre, hvorimod kobberkomplekset med N-tert-butyl var det langsomste, da det havde en større molekylær struktur. Til deres overraskelse, forskerne fandt ud af, at jo langsommere molekylet er, jo stærkere lys udsendte den.

Tager denne nye opdagelse videre, forskerne inkorporerede molekyler med strukturer svarende til disse kobberkomplekser i polymerer, så de kan bruges i en bredere vifte af applikationer. Dette har givet dem mulighed for at skabe molekylære sonder, der lyser klarere, når de udsættes for mekanisk belastning eller belastning. "Sådan et materiale har potentialet til at skabe nye metoder til at forhindre svigt af byggematerialer, da det vil hjælpe med at detektere slitage, før materialet rent faktisk går i stykker. Denne undersøgelse kaster lys over mekanismen for sådan spændingsdetektering, " siger prof. Julia Khusnutdinova.