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Aug 09, 2023

연구원들은 볼봇에서 폴리머를 생산합니다.

매우 깨끗한 조건에서 화학적 표면 합성을 통해 N-헤테로고리 볼봇형 폴리머의 제어된 합성이 가능합니다. University of Münster 이미지: 구조 측면도 – 최적화

매우 깨끗한 조건에서 화학적 표면 합성을 통해 N-헤테로고리 볼봇형 폴리머의 제어된 합성이 가능합니다.

뮌스터대학교

이미지: 볼봇형 분자 사슬의 구조 측면도 – 양자역학 밀도 함수 이론을 사용하여 최적화됨더보기

크레딧: Münster University – Doltsinis Group

N-헤테로고리 카르벤(NHC)은 금속 표면과 잘 결합하는 작은 반응성 고리 분자로, 지난 몇 년 동안 금속 표면의 안정적인 화학적 변형 분야에서 많은 관심을 불러일으켰습니다. 몇 년 전 독일 뮌스터 대학에서 발견된 한 가지 특성은 특정 NHC 파생물이 개별 금속 원자에 고정될 뿐만 아니라 표면에서 개별 원자를 완전히 추출하는 능력입니다. 이러한 소위 아다톰과 결합된 NHC는 볼봇, 즉 구 위에서 움직이는 로봇처럼 표면 위에서 자유롭게 활공합니다. 이러한 "볼봇 분자"를 사용하고 중국 연구자들과 협력하여 뮌스터 물리학자 및 화학자들은 할로겐화 NHC가 금속 표면에 장쇄 이동 폴리머, 즉 분자 사슬을 생성하도록 만드는 데 처음으로 성공했습니다. 이번 연구의 자세한 내용은 Nature Chemistry 저널에 게재되었습니다.

볼봇형 NHC의 이동성은 예를 들어 이러한 유형의 분자에서 고도로 정렬된 도메인으로의 자기 조립, 특정 금속 표면을 자율적으로 변환하는 NHC 측의 협력적인 떼 유형 동작에 이르기까지 새로운 가능성을 열어줍니다. 빛이나 전자와 같은 외부 영향 없이 서로 다른 고차원 구조를 구현합니다. “자기 조직화를 넘어 이러한 볼봇 폴리머는 나노전자공학, 표면 기능화 및 촉매 작용 분야의 새로운 응용 분야에 큰 가능성을 갖고 있습니다.”라고 뮌스터 대학교 물리학 연구소 선임 교수이자 나노기술 센터 과학 이사인 Harald Fuchs 교수는 말했습니다. CeNTech)가 뮌스터에 있습니다.

NHC는 분자의 5중 헤테로고리체의 질소(N) 그룹에서 쉽게 변형될 수 있습니다. 결과적으로 이는 카르벤과 금속 표면(예: 금)의 원자 사이의 전자적 상호 작용에 영향을 미칠 뿐만 아니라 표면에 수직 또는 평행하게 카르벤의 정렬을 제어하는 ​​것도 가능하게 합니다. 뮌스터 대학 유기화학연구소에서 개발된 할로겐화 NHC의 특별한 특징 중 하나는 귀금속에 아답터를 자발적으로 형성하는 능력과 그 결과로 발생하는 이동성입니다. 이는 표면의 다른 반응 시스템과의 결합 및 반응을 위한 전제 조건입니다.

"실험 성공의 결정적인 요인은 단량체 구조 단위의 화학적 반응성과 이동성 사이의 균형이었습니다."라고 Harald Fuchs 교수 그룹의 박사후 연구원이자 현재 교장인 주저자 Jindong Ren 교수는 말합니다. 중국 국립나노과학기술센터(NCNST)의 연구원(PI)이자 그룹 리더입니다. 한편으로, 단량체는 볼봇 특성으로 인해 표면에서 쉽게 이동할 수 있습니다. 반면에, 반응 당사자들이 갖는 접촉 시간은 반응이 일어날 수 있을 만큼 충분히 길어야 합니다. 이는 무엇보다도 실험 중 분자 구조와 적절한 온도 설정을 통해 발생합니다.

화학 반응을 제어하고 표면 정밀 화학 분야에서 원하는 반응 생성물에 대한 증거를 제공하려면 표면의 분자 상호 작용과 분자 이하 규모의 개별 반응 단계를 관찰할 수 있는 고도로 전문화된 준비 및 분석 실험이 필요합니다. 이를 위해 CeNTech, NCNST, 베이징 국립 응축 물질 물리학 센터 및 물리학 연구소의 연구원들은 주사 탐침 현미경 방법(STM 및 nc-AFM)과 광전자 방출 분광학을 사용하여 화학 결합이 일어나는 것을 명확히 하고 볼봇 구조의 증거를 제공하기 위해 실험 결과는 양자 역학 접근 방식과 반력 장을 기반으로 하는 뮌스터 대학교 고체 이론 연구소의 정교한 컴퓨터 시뮬레이션으로 보완되었습니다. 이러한 방식으로 그들은 실험 결과를 확인하고 볼봇 폴리머의 전자적 및 구조적 특성을 정량화했습니다.