Samonastavljeni nanostrukturi z atomsko natančno strukturo in prilagojenimi elektronskimi lastnostmi

Anonim

Biološki organizmi so najbolj kompleksni stroji, ki jih poznamo in so sposobni doseči zahtevne funkcije z veliko učinkovitostjo.

Pogosta tema teh bio-strojev je, da se vse pomembne zgodijo na ravni posameznih molekul - to je na nanometru.

Funkcionalnost teh biosistemov se opira na samonastavitev - to pomeni, da molekule natančno in selektivno interagirajo med seboj in tvorijo dobro definirane strukture. Dobro znan primer tega pojava je dvojna struktura DNA.

Zdaj, ki ga navdihne samosestavljive biosisteme, je mednarodna skupina znanstvenikov, vključno s fiziki FLEET, ustvarila nov, samonaključen nanomaterial na osnovi ogljika, ki bi lahko bil ključen za nove fotovoltaične in katalizacijske tehnologije.

Z uporabo samonastavitve so raziskovalci z atomsko natančnostjo inženirji lahko izdelali novo 1-D nanostrukturo, sestavljeno iz organskih (ogljikove) molekul in atomov železa.

Ugotovitve so opisane v dveh študijah, objavljenih v tem mesecu v Nature Communications in ACS Nano.

Natančnost atomskega merila s samonastavljanjem: pot do funkcionalnosti

"Izdelava nanomaterialov z nadzorovanjem položaja posameznih atomov in molekul naenkrat je zelo dolgočasna, če ne nemogoča, " pravi vodilni znanstvenik dr. Agustin Schiffrin, višji predavatelj na Univerzi Monash in glavni raziskovalec FLEET.

"Namesto tega lahko z atomsko sestavljanjem ustvarimo atomsko natančne strukture z izbiro pravih molekul, atomov in pogojev priprave."

"To ima prednost, da ni potrebno nobeno zunanje ukrepanje, " pravi dr. Schiffrin.

Takšna sposobnost samonastave izhaja iz uporabe organskih (tj. Molekul, ki temeljijo na ogljiku) kot gradnje nano-enot.

Oblika, velikost in interaktivne funkcionalne skupine teh organskih molekul se lahko prilagodijo na skoraj neskončno število načinov uporabe organske sintetične kemije.

Nadzorovanje interakcij med molekulami vodi k ustvarjanju želene, natančno opredeljene nanostrukture, podobno kot način interakcije med nukleinskimi kislinami v DNA povzroči dvojno spiralo.

"Tako lahko gradimo materiale z zelo natančno in konstruirano strukturo, kar ima za posledico material, ki ima želene elektronske lastnosti, " pravi soavtorka Marina Castelli, doktorica znanosti. študent na Univerzi Monash Univerze za fiziko in astronomijo.

"Tako kot so funkcije bioloških organizmov odvisne od interakcij med nano-merami, fizikalne in elektronske lastnosti teh novih materialov izhajajo iz njihove strukture na ravni ene molekule, " pojasnjuje Monash Research Fellow Dr. Cornelius Krull.

Bottom-up utripov od zgoraj navzdol

Konvencionalne metode materialne nanofabriacije, kot je litografija, se zanašajo na pristop od zgoraj navzdol, z materiali, vzorčenimi z odstranjevanjem snovi. Takšne metode so v najboljšem primeru omejene na reda velikosti 1 nanometra.

Namesto tega lahko metode "od spodaj navzgor" omogočajo ločevanje vzorcev pod nanometrom, s potencialom za višjo raven nadzora in učinkovitost elektronskih lastnosti.

Poleg tega uporaba pristopov sinteze "od spodaj navzgor" s površino kot substratom omogoča nanostrukture s lastnostmi, ki jih ni mogoče doseči z običajnimi sintetičnimi metodami.

Nanomateriali na osnovi kovinsko-organskih molekularnih kompleksov omogočajo širok razpon uporabnih funkcij, tako tehnoloških kot bioloških, od katalize do fotovoltaike do zaznavanja in shranjevanja plina.

V teh sistemih morfologija atomskega merila in elektronska konfiguracija kovinsko-organskega koordinacijskega motiva igrajo ključno vlogo in narekujejo njihove splošne elektronske in kemične lastnosti.

Obe študiji

Članek "Oblikovanje optoelektronskih lastnosti s sintezo na površini: formacija in elektronska struktura makromolekularnega kompleksa železov-terpridin", objavljen v ACS Nano, opisuje energijsko in prostorsko odvisnost elektronskih stanj (zasedenih in nenaseljenih) 1-D železa ki se lahko uporablja pri optoelektronskih aplikacijah, kot so fotovoltaika, foto-kataliza in naprave za oddajanje svetlobe.

Študija strukture in kemije na ravni enotnega atoma Papir, "Trunklorne kovinske organske nanostrukture na površini z akumulacijo lokalnega naboja", objavljen v Nature Communications, atomsko razlago opisuje intramolekularno strukturo in razporeditev naboja netrivialne molekul koordinacije molekul železa, uporaben za katalizacijo.

menu
menu