Ny forbindelse afslører grundlæggende egenskaber ved de mindste carbon nanorør

Kemiske ringe af carbon- og brintatomer kurver for at danne relativt stabile strukturer, der er i stand til at lede elektricitet og mere - men hvordan ændres disse buede systemer, når nye komponenter introduceres? Forskere med base i Japan fandt ud af, at med blot et par sub-atomare tilføjelser, egenskaberne kan svinge til at variere systemtilstande og adfærd, som demonstreret gennem en ny syntetiseret kemisk forbindelse.

Resultaterne blev offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

"I det sidste årti, åbne skalmolekyler har tiltrukket sig betydelig opmærksomhed ikke kun inden for reaktive mellemprodukter, men også inden for materialevidenskab, "sagde papirforfatter Manabu Abe, professor i Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima Universitet.

Open-shell-molekyler kan få eller tabe molekyler, hvilket betyder, at de kan tilpasse sig til binding med andre kemikalier. I carbon nanorør, for eksempel, ringe af carbon- og hydrogenatomer binder stærkt til hinanden. Jo flere ringe tilføjet, imidlertid, jo mere kan rørets egenskaber ændre sig. Kendt som buede paraphenylener, eller CPP'er, Abe og hans team undersøgte, hvordan CPP kan ændre sig, hvis open-shell-molekylerne blev udsat for systemer med molekylære baner indeholdende to elektroner i forskellige tilstande, ud over kulstof- og brintatomer.

Processen med at introducere disse diradiske systemer til CPP'erne resulterede i en ny type azoalkan, eller forbindelse af nitrogen og en gruppe af svagt bundne hydrogen- og carbonatomer. Denne azoalkan dannede sig med seks CPP'er og degenererede til seks CPP'er med diradicals.

"Vi undersøgte for at forstå virkningerne af krumningen og systemstørrelsen på partikelinteraktionerne, de forskellige tilstande og deres unikke egenskaber, "Sagde Abe.

Forskerne fandt ud af, at CPP'erne med indlejrede diradicals havde forskellige tilstande og egenskaber, såsom den iboende beskrivelse af en partikel kendt som spin, afhængigt af hvor mange CPP'er der resulterede i det endelige system. Spin, en partikels vinkelmoment, kan bidrage til eller hindre et systems stabilitet baseret på, hvordan energien er balance. For eksempel, i en singlet tilstand, et system forbliver stabilt, selv med ubundne elektroner, fordi deres spins er modsatte. Triplet -tilstande kan forblive stabile, såvel, da deres ubundne elektroner kan dreje parallelt.

"Ground-state spin-mangfoldigheden er i høj grad afhængig af ringstørrelsen, "Sagde Abe, med henvisning til de potentielle orienteringer, spin kan tage, hvilket kan indikere et systems stabilitet. "Singlet grundtilstand blev foretrukket for mindre CPP -derivater."

De mindre singlet -tilstande - diradiske CPP'er med mindre energiområder mellem orbitalskaller - demonstrerede også en ønsket egenskab for carbon nanorør:aromatik, eller mere stabil justering i et enkelt plan. Da carbon-hydrogenringene bindes med usædvanlige vinkler for at danne rørene, de kan tvinges ud af justering og resultere i system ustabilitet. Jo flere ringe der er føjet til et system, jo mere anstrengt systemet bliver. For de mindre singlet state -systemer, ringene flugter i et plan, resulterer i mere stabilitet.

Næste, forskerne planlægger at undersøge denne aromatik i flyet yderligere, med det formål at skabe den størst mulige struktur med stærke bindinger, der stadig udviser denne stabile ejendom.