Stammeinduceret isomerisering af molekylære kæder

National University of Singapore forskere har demonstreret en stammeinduceret strukturel omlægning af endimensionale (1D) metal-organiske molekylære kæder til potentiel brug ved fremstilling af funktionelle nanostrukturer.

Syntesen af ​​funktionelle materialer på molekylært niveau kan potentielt bruges til at udvikle nanostrukturer til applikationer, der kræver specielt skræddersyede elektroniske og magnetiske egenskaber. Dette opnås sædvanligvis ved at bruge termiske eller fotoudløste kemiske transformationer. Brugen af ​​mekaniske stammer til at udløse kemiske transformationer giver en ny måde at fremstille nanostrukturer med unikke egenskaber.

Et forskerhold ledet af professor Lu Jiong fra Institut for Kemi, NUS har demonstreret, at belastningen skabt mellem endimensionale (1D) metal-organiske kæder (MOC'er) og deres underliggende substrat kan udløse isomere transformationer, som kan resultere i en ny molekylær struktur. Ved isomere transformationer, atomerne i molekylet omarrangerer sig selv, producerer et strukturelt anderledes molekyle, men har de samme atomer. Ved at skabe passende belastningsbetingelser i materialet, de resulterende isomere transformationer kan potentielt bruges til at fremstille funktionelle nanostrukturer.

En rationelt designet forbindelse, kendt som 1, 5-dibromo-2, 6-dimethylnaphthalen (DBDMN) blev syntetiseret af prof Wu Jishans gruppe fra Institut for Kemi, NUS. Prof Lu's team deponerede denne forbindelse på en katalytisk aktiv kobberoverflade for at danne 1D MOC'er (figur A). Når den udsættes for varmebehandling og afkøling ved stueforhold for at reducere belastningen i materialet, teamet fandt ud af, at MOC'erne gennemgik skelet -isomere omlægninger. Strukturen af ​​MOC'erne ved submolekylær opløsning før og efter transformationen blev fanget ved hjælp af ikke-kontakt atomkraftmikroskopi (figur B og C). Billederne viser, at under transformationsprocessen, CH-bindingerne bliver kemisk aktive med omlejringer af koordinationsbindinger.

Teamets eksperimentelle resultater sammen med teoretiske beregninger udført af prof. Pavel Jelíneks gruppe fra Institut for Fysik, Det Tjekkiske Videnskabsakademi, Tjekkiet viser, at reduktionen i substratinducerede interne belastninger på MOC'erne er den nøglefaktor, der forårsager den molekylære omlægning i materialet.

Prof Lu sagde, "Vi forestiller os, at vores fund om den stammeinducerede strukturelle omlægning i endimensionelle materialesystemer vil berige den tilgængelige værktøjskasse til syntese på overfladen af ​​nye funktionelle materialer og kvante-nanostrukturer."