Химики изобрели новый вид наноматериала

Графическая абстракция.

На блоке новый наноматериал. Химики Орегонского университета нашли способ создавать молекулы на основе углерода с уникальной структурной особенностью: блокирующими кольцами.

Как и другие наноматериалы, эти связанные вместе молекулы обладают интересными свойствами, которые можно «настраивать», изменяя их размер и химический состав. Это делает их потенциально полезными для множества приложений, таких как специализированные датчики и новые виды электроники.

«Это новая топология углеродных наноматериалов, и мы обнаруживаем новые свойства, которых раньше не видели», — сказал Джеймс Мэй, аспирант лаборатории профессора химии Рамеша Джасти и первый автор статьи. Мэй и его коллеги сообщают о своих выводах в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry .

Хотя другие лаборатории также синтезировали различные типы взаимосвязанных молекул, метод лаборатории Джасти позволяет соединять структуры, подобные углеродным нанотрубкам. Это позволит химикам внести множество различных изменений в структуру и более полно изучить свойства новых материалов.

«Вы можете создавать структуры, которые не можете создать другими методами», — сказал Джасти.

Например, его команда использовала этот подход, чтобы сделать три взаимосвязанных кольца, а также стержнеобразную структуру с несколькими кольцами, которые могут скользить вверх и вниз. Прогресс вырос из работы Джасти над нанокольцами, кольцами из атомов углерода, которые представляют собой урезанную вариацию длинных тонких углеродных нанотрубок.

«Поскольку мы можем создавать эти круглые структуры по желанию, я начал думать, могли бы вы создавать вещи, которых просто не существует в природе?» — сказал Джасти. «Вот откуда пришла эта идея взаимосвязанных колец».

Поиск ряда химических реакций, которые могли бы привести к образованию сложных кольцевых структур, потребовал творческого подхода. Их решение основано на добавлении стратегически расположенного атома металла к одному кольцу. Этот металл запускает химическую реакцию образования второго кольца, заставляя ее происходить внутри первого кольца. Как только эта реакция происходит, второе кольцо оказывается в ловушке, замыкаясь вместе с первым кольцом.

«Мы можем заставить химию происходить внутри пространства, где она может никогда не произойти», — сказал Мэй.

Связанные молекулы ведут себя по-разному, если изменяется их размер, кольца расположены по-разному или если в смесь добавляются разные химические элементы. Внося коррективы в наномасштабе, ученые могут улучшить материал, чтобы он делал именно то, что им нужно. Поскольку класс материалов настолько новый, ученые все еще выясняют все возможности.

Но команду Джасти особенно интересует их потенциал в качестве датчиков, где изменение положения колец в ответ на определенное химическое вещество может привести к флуоресцентному свечению.

Их также можно использовать для создания гибкой электроники или динамических биомедицинских материалов.

«Обычные углеродные наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки, графен или даже алмаз, являются статическими материалами», — сказал он. «Здесь мы создали новые типы углеродных наноматериалов, которые сохраняют свои удивительные электрические и оптические свойства, но теперь могут вращаться, сжиматься или растягиваться».