En molekylær månelander:Indsigt i molekylær bevægelse på overflader på nanoskala
I årevis har forskere været fascineret af, hvordan molekyler bevæger sig hen over overflader. Processen er afgørende for adskillige applikationer, herunder katalyse og fremstilling af enheder i nanoskala.
Nu ved hjælp af neutronspektroskopi-eksperimenter udført på Institut Laue-Langevin (ILL) og avancerede teoretiske modeller og computersimuleringer, har et hold ledet af Anton Tamtögl fra Graz University of Technology afsløret den unikke bevægelse af triphenylphosphin (PPh3 ) molekyler på grafitoverflader, en adfærd, der ligner en nanoskopisk månelander.
Værket er publiceret i tidsskriftet Communications Chemistry .
Faktisk PPh3 molekyler udviser en bemærkelsesværdig form for bevægelse, rullende og oversættelse på måder, der udfordrer tidligere forståelser. Denne månelanderlignende bevægelse synes at være lettet af deres unikke geometri og trepunktsbinding med overfladen.
"At dykke ned i den komplekse verden af molekylær bevægelse på grafitoverflader har været en spændende rejse," afslører Anton Tamtögl. "Målinger og simulering afslørede en sofistikeret bevægelse og 'dans' af molekylerne, hvilket gav os en dybere forståelse af overfladedynamik og åbnede nye horisonter for materialevidenskab og nanoteknologi."
Triphenylphosphin er et vigtigt molekyle til syntese af organiske forbindelser og nanopartikler med talrige industrielle anvendelser. Molekylet udviser en ejendommelig geometri:PPh3 er pyramideformet med et propellignende arrangement af dets tre cykliske grupper af atomer.
Neutroner giver unikke muligheder i studiet af materialers struktur og dynamik. I et typisk eksperiment måles neutroner spredt fra prøven som en funktion af ændringen i deres retning og energi. På grund af deres lave energi er neutroner en fremragende sonde til at studere lavenergi excitationer såsom molekylære rotationer og diffusion. Neutronspektroskopimålinger blev udført ved ILL Instruments IN5 (TOF-spektrometer) og IN11 (neutron-spin-ekkospektrometer).
"Det er forbløffende at se, hvordan ILLs kraftfulde spektrometre giver os mulighed for at følge dynamikken i disse fascinerende molekylære systemer, selvom mængden af prøve er lille," siger ILL-forsker Peter Fouquet. "Neutronstråler ødelægger ikke disse følsomme prøver og giver mulighed for en perfekt sammenligning med computersimuleringer."
Undersøgelsen viser, at PPh3 molekyler interagerer med grafitoverfladen på en måde, der tillader dem at bevæge sig med overraskende lave energibarrierer. Bevægelsen er karakteriseret ved rotationer og translationer (jump-motions) af molekylerne. Mens rotationer og intramolekylær bevægelse dominerer op til omkring 300 K, følger molekylerne en yderligere translationel spring-bevægelse hen over overfladen fra 350-500 K.
Forståelse af de detaljerede mekanismer for molekylær bevægelse på nanoskala åbner nye veje for fremstilling af avancerede materialer med skræddersyede egenskaber. Bortset fra den grundlæggende interesse, bevægelsen af PPh3 og relaterede forbindelser på grafitoverflader er af stor betydning for applikationer.
Flere oplysninger: Anton Tamtögl et al., Molekylær bevægelse af en nanoskopisk månelænder via translationer og rotationer af triphenylphosphin på grafit, Kommunikationskemi (2024). DOI:10.1038/s42004-024-01158-7
Journaloplysninger: Kommunikationskemi
Leveret af Institut Laue-Langevin
Varme artikler
-
Fysikere fandt den temperatur, ved hvilken kulstofnanorør blev superledereDen geometriske struktur en kulkæde i et rør før og efter optimering. Kredit:Chi Ho Wong Forskere fra Ural Federal University (UrFU) sammen med deres kolleger fra Lomonosov Moscow State University -
En kontraktil gel, der lagrer lysenergiTil venstre:Skematisk fremstilling af en polymergel, hvis kæder er tværbundne ved hjælp af roterende molekylære motorer (motorens røde og blå dele kan dreje i forhold til hinanden, når de forsynes med -
Lysemitterende nanokrystaldioder bliver ultraviolette:Biomedicinsk enhedspotentiale for robust, impl…Indlejring af nanokrystaller i glas giver en måde at skabe UV-producerende LEDer til biomedicinske applikationer. Kredit:Los Alamos National Laboratory. (PhysOrg.com) -- Et multinationalt hold af -
Forskere spraymaler ultratynde belægninger, der skifter farve med kun få atomers forskel i tykkels…Det er guldfilm farvet med nanometertykke lag af germanium. Kredit:Mikhail Kats, Romain Blanchard, og Patrice Genevet I Harvards Pierce Hall, overfladen af et lille germanium-belagt guldark skin
- Teknikfirmaer underskriver et løfte om at afstå fra at hjælpe cyberangreb
- Colorados berømte asper forventes at falde på grund af klimaændringer
- Smeltevandssøer under det antarktiske indlandsis accelererede istræk i jordens fortid
- Ryanairs kabinepersonale i fem lande angriber den 28. september
- Forskere siger, at rumvæsner kan hacke vores planet
- NASAs MISR -instrument ser californisk ild i røg fra rummet