Zlato může být klíčem k odemknutí nepolapitelné, ale vysoce žádoucí reakční cesty pro budoucí elektroniku – ScienceDaily

Organické molekuly jsou stavebními kameny materiálů, které používáme každý den – od oblečení a hrnků na kávu až po obrazovky našich telefonů. Řízení interakcí těchto organických molekul je klíčem k navrhování materiálů s funkčními vlastnostmi.

Reakce zaměřené na vazby uhlík-vodík (CH) jsou již dlouho předmětem vědeckého zájmu, protože téměř všechny organické molekuly tyto vazby obsahují. Nová studie vedená Fleet na Monash University (publikovaná tento týden v Journal of the American Chemical Society) zjistili, že jednotlivé atomy zlata mohou poskytovat nízkoenergetickou cestu pro reakce, které mohou cílit na specifické CH vazby.

„Svatý grál“ chemických reakcí

„Jedním z cílů Fleet je vyvinout materiály, jejichž elektronické vlastnosti lze využít v nízkoenergetických technologiích,“ říká odpovídající autor A/profesor Agustin Schiffrin.

Organické molekuly mohou sloužit jako užitečné stavební bloky pro laditelnou konstrukci těchto materiálů za předpokladu, že interakce mezi molekulami jsou řízeny na atomární úrovni.

Uhlíkové a vodíkové vazby patří mezi nejběžnější vazby v organických molekulách. Kvůli tomu byla schopnost zaměřit se na specifické CH vazby v chemických reakcích některými výzkumníky popsána jako „svatý grál“. Bohužel, dva hlavní problémy stojí v cestě reakcím aktivace CH:

1. Obtížnost zacílení pouze na jeden specifický ligand pro interakci (slabá selektivita).
2. K přerušení těchto vazeb je potřeba hodně energie (vysoká aktivační energie).

Všechny ty třpytky…?

Výzkumníci Monash to zjistili Jednotlivé atomy zlata může poskytnout cestu pro aktivaci CH.

Vědci zkombinovali malý počet jednotlivých atomů zlata s molekulami organického 910-dikyanoanthracenu (DCA) na atomově plochý povrch stříbra Ag(111).

„Použili jsme experimentální techniky na atomové úrovni – skenovací tunelovou mikroskopii a mikroskopii atomární síly – k zobrazení a charakterizaci vzorků,“ vysvětluje hlavní autor Benjamin Lowe, doktorand na Monash University. „Tyto techniky odhalily neobvyklé kovalentní vazby mezi atomy uhlíku molekul DCA a atomy zlata.“

Tvorba takových kovalentních vazeb naznačuje, že nejprve musí být přerušeny vazby CH. Ve spolupráci s teoretickými spolupracovníky z Akademie věd ČR vědci objevili reakční dráhu, která naznačuje, že kov-organický mezistav sestávající z jednotlivých atomů zlata s páry molekul DCA by mohl pomoci posunout tuto reakci vpřed.

Je příznačné, že exponovaná reakční dráha může odpovídat pouze za přerušení CH specifické vazby CH. Autoři zjistili významný pokles energie potřebné k přerušení specifické vazby CH (aktivační bariéra), umožňující reakci při teplotě místnosti.

„Tato studie přímo řeší dva největší problémy – špatnou selektivitu a vysokou aktivační bariéru – které omezují specifickou disociaci CH vazeb v organických molekulách,“ vysvětluje vedoucí výzkumník FLEET Agustin Schiffrin. „Náš přístup by mohl otevřít dveře k výrobě nových organických a kovových nanomateriálů s vlastnostmi užitečnými pro elektroniku, optoelektroniku, snímání, katalýzu atd.“

Co bude dál?

Vzhledem k širokému zájmu o interakce organických molekul v celé řadě oborů má tato slibná interakce mnoho potenciálních aplikací, jako je syntéza polymerů a modifikace farmaceutických produktů.

Ve FLEET vědci doufají, že využijí tuto selektivní a účinnou reakci k výrobě atomově tenkých materiálů s požadovanými elektronickými vlastnostmi.

Studii vedla Fyzikálně-astronomická fakulta Monash University se spoluautory z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR a Univerzity Palac v České republice.

Kromě podpory od Australské výzkumné rady (Center of Excellence a Future Fellowship Programme) autoři oceňují podporu Akademie věd ČR a Grantové agentury ČR (Akademie Premium) a Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky. Česká republika. Česká republika (e-Infrastruktura CZ).

Studii provedl Benjamin Lowe ve skupině A/Prof Agustin Schiffrin z Monash University, která zkoumá elektronické vlastnosti organických a kovově-organických materiálů na atomární úrovni.

Pomocí nejmodernějších technik nanovýroby a sondové mikroskopie na Monash University skupina syntetizuje nové materiály, které lze použít v elektronických zařízeních s ultranízkou energií.