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Aug 09, 2023

研究者はボールボットからポリマーを生成します

極めてクリーンな条件下での表面化学合成により、N-複素環式ボールボット型ポリマーの制御された合成が可能 ミュンスター大学の画像: 構造の側面図 – 最適化

極めてクリーンな条件下での化学的表面合成により、N-複素環式ボールボット型ポリマーの制御された合成が可能

ミュンスター大学

画像: 量子力学密度汎関数理論を使用して最適化されたボールボット型分子鎖の構造の側面図もっと見る

クレジット: ミュンスター大学 – Doltsinis Group

N-複素環カルベン (NHC) は、金属表面とよく結合する小さな反応性の環分子であり、過去数年にわたり、金属表面の安定した化学修飾の分野で大きな関心を集めています。 数年前にドイツのミュンスター大学で発見された特性の 1 つは、特定の NHC 誘導体が個々の金属原子に固定するだけでなく、表面から個々の原子を完全に抽出する能力です。 これらのいわゆる吸着原子と結合した NHC は、ボールボット、つまり球体上を移動するロボットのように、表面上を自由に滑空します。 このような「ボールボット分子」を使用し、中国の研究者と協力して、ミュンスターの物理学者と化学者は、ハロゲン化NHCから金属表面上に長鎖可動ポリマー、つまり分子の鎖を生成させることに初めて成功した。 研究の詳細は Nature Chemistry 誌に掲載されました。

ボールボットタイプの NHC の可動性は、新しい可能性をもたらします。たとえば、このタイプの分子から高度に秩序化されたドメインへの自己組織化から、特定の金属表面を自律的に金属表面に変換する際の NHC 側の協力的な群れタイプの挙動に至るまでです。光や電子などの外部影響を受けずに、異なる高次構造を実現します。 「自己組織化に加えて、これらのボールボットポリマーは、ナノエレクトロニクス、表面機能化、触媒作用における新たな用途に大きな期待を抱いています」と、ミュンスター大学物理学研究所の上級教授でナノテクノロジーセンターの科学ディレクターであるハラルド・フックス教授は述べています（ CeNTech）ミュンスターにあります。

NHC は、分子の 5 重複素環体の窒素 (N) 基を簡単に修飾できます。 その結果、カルベンと金属表面 (金など) の原子間の電子相互作用に影響を与えるだけでなく、カルベンの配列を表面に対して垂直または平行に制御することも可能になります。 ミュンスター大学の有機化学研究所で開発された、使用されるハロゲン化 NHC の特別な特徴の 1 つは、貴金属上に自発的に吸着原子を形成する能力と、その結果として生じる可動性です。 これは、それらが結合し、表面上の他の反応系と反応するための前提条件です。

「実験の成功の決め手となったのは、モノマー構造単位の化学反応性とその移動性のバランスでした」と筆頭著者のジンドン・レン教授は言う。彼は以前はハラルド・フックス教授のグループの博士研究員で、現在は主任研究員である。中国国立ナノ科学技術センター（NCNST）の研究者（PI）およびグループリーダー。 一方で、モノマーはボールボットの性質により表面上を容易に移動できます。 一方、反応当事者間の接触時間は、反応を起こすのに十分な長さである必要があります。 これは、とりわけ分子構造と実験中の適切な温度設定によって起こります。

表面の精密化学の分野で化学反応を制御し、目的の反応生成物の証拠を提供するには、表面上の分子相互作用や分子未満スケールでの個々の反応ステップの観察を可能にする、高度に専門化された準備および分析実験が必要です。 この目的のために、CeNTech、NCNST、北京国立物性物理学センターおよび物理研究所の研究者らは、走査型プローブ顕微鏡法 (STM および nc-AFM) と光電子分光法を利用して、発生している化学結合を解明し、実験結果は、量子力学アプローチと反力場に基づいた、ミュンスター大学固体理論研究所の精巧なコンピューター シミュレーションによって補完されました。 このようにして、彼らは実験結果を確認し、ボールボットポリマーの電子的および構造的特性を定量化しました。