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化学家设计“旗帜分子海”作为新型催化剂的基础

纳米技术 2022-08-13 23:58:12

波恩大学 分子模型梅赛德斯星形分子

旗杆顶部有一个富勒烯附着在上面,它的运动也可以通过涂抹效果在这里看到

该模型还出现在最新一期的《天使化学》封面上

信用:约书亚·巴尔/统一·波恩 波恩大学的研究人员已经开发出一种分子结构,可以用一大堆微小的“旗杆”覆盖石墨表面

“这种涂层的性能变化很大

这可能为开发新的催化剂提供基础

这些化合物也适用于测量蛋白质的纳米力学性质

该研究结果提前在网络上发表在《Angewandte Chemie》杂志上

现在印刷版已经出版,其中展示了一部分旗帜海作为封面图片

表面覆盖物的基本构件是一个大分子环

它的内部由辐条稳定,因此与梅赛德斯明星有一定的相似之处

此外,戒指有三个指向外的小臂

他们每个人都可以抓住另一个戒指的手臂

这使得分子聚集在一起形成一个巨大的片状组织,而无需任何外部干预

为此,将一块石墨(例如,铅笔引线的材料)浸入这些环的溶液中就足够了

就像被施了魔法一样,它们会在短时间内用网状结构覆盖石墨表面

可以通过改变臂的长度来精确调节网的网孔尺寸

然而,这种涂层的真正亮点在于另一种修改选择:“我们可以将不同长度的微小杆附着在环的中心,”教授解释道

博士;医生

波恩大学凯库勒有机化学和生物化学研究所的齐格鲁德·赫格说

他和Dr

斯特凡-斯文·杰斯特(也是凯库莱研究所)和教授

博士;医生

穆利肯理论化学中心的斯特凡·格里姆

“然后我们可以把其他分子附着在上面,就像旗帜附着在旗杆上一样

" 一片小旗海 两极之间的距离如此之大,以至于即使是非常大的分子也可以附着在它们的尖端,而不会妨碍彼此

然后他们一方面被杆子固定住,但同时又像风中的旗帜一样自由移动

此外,溶液中的物质很容易接触到它们,并且可以与它们反应

“这可能会让新的催化剂得以实现,”豪格推测道

“有可能,这将使以前不可行或只可能通过巨大努力实现的化学反应成为可能

" 任何分子原则上都可以附着在旗杆的顶端

例如,在未来,这也将允许测量蛋白质的纳米力学特性

为了做到这一点,蛋白质分子将被旗杆抓住,然后用一种“抓手”拉开

“蛋白质由长丝组成,但大部分被折叠成紧密的球体,这赋予了它们特有的形状,”豪格说

“在后者形成中起作用的力可以通过这样的实验更准确地确定

" 在博士

在杰斯特的实验室里,由赫格和他的合作者产生的分子被沉积在石墨上,并用扫描隧道显微镜检查

此外,旗帜分子的表面图案也在计算机上模拟

“这使我们能够表明,分子实际上是按照我们的概念和理论所预测的那样排列自己和行为的,”杰斯特解释说,他和赫格和格里莫一样,是波恩大学跨学科研究领域“物质和基本相互作用的构件”(TRA Matter)的成员

模拟如此大而复杂的分子的动力学需要大量的计算资源

近年来,教授

Grimme的研究小组已经开发出了复杂的方法,尽管如此,这仍然是可能的

“我们可以使用这些方法,例如,在模拟中区分柔性和刚性拴系的分子,并预测它们的行为,”格里姆解释说

在其他分子中,波恩团队在旗杆上附着了一种类似足球的结构,即所谓的富勒烯

在那里,它可以自由地悬挂在由一种纳米线固定的每根桅杆的顶部

杰斯特说:“在我们的扫描隧道显微镜图像中,我们实际上可以看到富勒烯的这种运动,这是通过计算机模拟预测的。”

这是因为分子足球的图像不是清晰的,而是模糊的:很像拍摄一个在弱光下在风中来回移动的绳子上的真实球

另一方面,刚性附着的参考分子在扫描隧道显微镜图像中清晰可见

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