Forskere afslører en cyklus af vridning-afdrejning-omdrejning af nanohelices

Reversibel nanohelix-transformation er et af de mest udsøgte og vigtige fænomener i naturen. Nanomaterialer danner sjældent spiralformede krystaller. På grund af irreversibiliteten af ​​de vridningskræfter, der er undersøgt hidtil, er afvikling vanskeligere end at genvinde krystallinske nanohelixer. Derfor er mange reversible twist-transformationer mellem to stabile krystallinske produkter sjældne og kræver en følsom energibalance. Denne reversible transformation af nanohelices har længe været anset for vanskelig at opnå.

Forskere fra Hefei Institutes of Physical Science ved det kinesiske videnskabsakademi har i samarbejde med forskere fra Nanjing University og University of Science and Technology i Kina opdaget et subtilt konkurrence- og samarbejdsforhold inden for krystalstrukturen, der etablerer en delikat energibalance mellem strukturerne af de snoede og ikke-snoede krystallinske nanohelixer.

For første gang har forskerne opnået flere reversible transformationer mellem nanotråde og nanohelices. Undersøgelsen blev offentliggjort i Nature Communications .

Ved at bruge elektronspin-resonans (ESR), herunder højfelt-ESR, på Steady-State High Magnetic Field Experimental Facility, påviste forskerne ændringer i koordinationsmiljøet for Co(II) og et fald i nanohelixens symmetri. Faststof-kernemagnetisk resonansspektroskopi og terahertz-spektroskopi afslørede, at π-π-interaktioner spiller en afgørende rolle i den spiralformede vækst.

Disse resultater, kombineret med teoretiske beregninger og forskellige valideringseksperimenter, tyder på, at drejningen opstår fra den konkurrerende vekselvirkning mellem kondensationsreaktioner og π-π stablingsprocesser. Denne unikke konkurrencedygtige vækstmekanisme er sammen med væksttilstandens mikrojusterbarhed nøglen til at konstruere fint justerbare energibalancesystemer og opnå reversible spiralformede transformationer.

Ved selektivt at designe og modificere de intermolekylære kræfter og fint kontrollere væksthastighederne i forskellige retninger, samtidig med at den overordnede struktur opretholdes, kan retningen af ​​energibalancen ændres, hvilket realiserer vridningen, afviklingen og genvindingen af ​​nanohelices.

Denne undersøgelse præsenterer en ny tilgang til at designe reversible krystaltransformationer ved at finjustere intermolekylære interaktioner for at muliggøre flere reversible transformationer i krystaller. Denne teknik tilbyder et nyt perspektiv for krystallografi, forbedrer krystallografisk teori og muliggør realisering af forskellige komplekse reversible processer.

Flere oplysninger: Wei Du et al, Twisting, untwisting og retwisting af elastiske Co-baserede nanohelices, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40001-w

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Chinese Academy of Sciences