Wetenschappers van de National University of Singapore hebben een door spanning geïnduceerde structurele herschikking van eendimensionale (1D) metaal-organische moleculaire ketens aangetoond voor mogelijk gebruik bij het vervaardigen van functionele nanostructuren.

De synthese van functionele materialen op moleculair niveau kan mogelijk worden gebruikt om nanostructuren te ontwikkelen voor toepassingen die speciaal op maat gemaakte elektronische en magnetische eigenschappen vereisen. Dit wordt meestal bereikt door gebruik te maken van thermische of foto-getriggerde chemische transformaties. Het gebruik van mechanische spanningen om chemische transformaties teweeg te brengen, biedt een nieuwe manier om nanostructuren met unieke eigenschappen te fabriceren.

Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Lu Jiong van het departement Chemie, NUS heeft aangetoond dat de spanning die wordt gecreëerd tussen eendimensionale (1D) metaal-organische ketens (MOC's) en hun onderliggende substraat isomere transformaties kan veroorzaken die kunnen resulteren in een nieuwe moleculaire structuur. In isomere transformaties, de atomen in het molecuul herschikken zichzelf, het produceren van een structureel ander molecuul maar met dezelfde atomen. Door geschikte spanningsomstandigheden in het materiaal te creëren, de resulterende isomere transformaties kunnen mogelijk worden gebruikt om functionele nanostructuren te fabriceren.

Een rationeel ontworpen verbinding, bekend als 1, 5-dibroom-2, 6-dimethylnaftaleen (DBDMN) werd gesynthetiseerd door de groep van Prof Wu Jishan van het Department of Chemistry, NUS. Het team van prof. Lu deponeerde deze verbinding op een katalytisch actief koperoppervlak om 1D MOC's te vormen (Figuur A). Wanneer onderworpen aan warmtebehandeling en koeling bij kamertemperatuur om de spanning in het materiaal te verminderen, het team ontdekte dat de MOC's skelet isomere herschikkingen ondergingen. De structuur van de MOC's bij submoleculaire resolutie voor en na de transformatie werd vastgelegd met behulp van contactloze atoomkrachtmicroscopie (figuren B en C). De beelden laten zien dat tijdens het transformatieproces, de C-H-bindingen worden chemisch actief met herschikkingen van coördinatiebindingen.

De experimentele resultaten van het team samen met theoretische berekeningen uitgevoerd door de groep van prof. Pavel Jelínek van het Institute of Physics, Tsjechische Academie van Wetenschappen, Tsjechië toont aan dat de vermindering van de door substraat geïnduceerde interne spanning op de MOC's de belangrijkste factor is die de moleculaire herschikking in het materiaal veroorzaakt.

Prof Lu zei, "We voorzien dat onze bevindingen over de door spanning geïnduceerde structurele herschikking in eendimensionale materiaalsystemen de beschikbare toolbox voor on-surface synthese van nieuwe functionele materialen en kwantumnanostructuren zullen verrijken."