Atom for atom:Opbygning af præcise mindre nanopartikler med skabeloner

Nanopartikler (som har størrelser på mellem 3-500 nm) og sub-nanoclusters (som er omkring 1 nm i diameter) bruges på mange områder, herunder medicin, robotteknologi, materialevidenskab og teknik. Deres lille størrelse og store forhold mellem overfladeareal og volumen giver dem unikke egenskaber, hvilket gør dem værdifulde i en række forskellige anvendelser, lige fra forureningskontrol til kemisk syntese.

For nylig har kvasi-sub-nanomaterialer, som er omkring 1-3 nm i skala, tiltrukket sig opmærksomhed, fordi de har en dobbelt karakter - de kan betragtes som nanopartikler såvel som uorganiske molekyler. Forståeligt nok kunne kontrol af antallet af atomer i et kvasi-sub-nanomateriale være af stor værdi. Syntetisering af sådanne præcise molekylære strukturer er imidlertid teknisk udfordrende, men videnskabsmænd ved Tokyo Tech var bestemt klar til denne udfordring.

Dendroner - stærkt forgrenede molekylære strukturer bestående af basale iminer - er blevet foreslået som forløbere for den præcise syntese af kvasi-sub-nanomaterialer med det ønskede antal atomer. Iminerne i dendronerne fungerer som et stillads, der kan danne komplekser med visse sure metalliske salte, der ophober metaller på dendronstrukturen. Disse kan igen reduceres til metal sub-nanoclusters med det ønskede antal atomer. Syntetisering af dendroner med en høj andel af iminer er imidlertid en dyr proces med lavt udbytte.

Nu, i en undersøgelse offentliggjort i Angewandte Chemie , forklarer forskerne, hvordan de har kombineret flere dendrimerstrukturer for at danne en supramolekylær kapsel sammensat af mere end 60 iminer. "Syntesen af ​​dendron-samlede supramolekyler blev opnået ved at forbinde interne kerneenheder og eksterne dendronenheder - som bestemmer henholdsvis den centrale struktur og terminalgrene," forklarer adjunkt Takamasa Tsukamoto, der var involveret i undersøgelsen. Den indre struktur af dette supramolekyle indeholdt en seks-benet kerne med surt tritylium, mens hver ydre enhed indeholdt dendroner med iminer. Interaktionen mellem den sure kerne og den grundlæggende ydre struktur resulterede i et selvsamlende organokompleks.

Desuden viste det sig, at iminerne akkumulerede sammen med rhodiumsalte, således at de inderste iminer dannede et kompleks med trityliumenheder, mens de yderste var befolket med rhodiumsaltene. Det resulterende supramolekyle, som havde en indre kerneenhed omgivet af seks eksterne dendronenheder (hver indeholdende 14 rhodiumsalte ved de ydre iminer), blev med succes kondenseret til klynger indeholdende 84 rhodiumatomer med en størrelse på 1,5 nm.

Ved at fastgøre iminholdige dendroner til en sur kerne konstruerede forskerne en supramolekylær skabelon til syntese af kvasi-sub-nanomaterialer. Da iminerne kan danne komplekser med en bred vifte af kationiske enheder, kan fremgangsmåden desuden anvendes til at syntetisere en række supramolekylære strukturer. På grund af dens alsidighed, enkelhed og omkostningseffektivitet kan metoden være en hjørnesten i udviklingen af ​​nye nanomaterialer. "Denne nye tilgang til at opnå atomicitetsdefinerede kvasi-sub-nanomaterialer uden begrænsningerne af konventionelle metoder har potentialet til at spille en vigtig rolle i at udforske de sidste grænser for nanomaterialer," siger prof. Tsukamoto. Dette kan faktisk være et "lille" skridt for Tokyo Tech, men et "gigantisk" skridt for nanovidenskab. + Udforsk yderligere

Bimetallisk katalysator hjælper med at syntetisere justerbare iminer og sekundære aminer