Michito Yoshizawa, Zhiou Li, och medarbetare vid Tokyo Institute of Technology syntetiserade ~1 nanometerstora molekylära kapslar med en isolerad hålighet med hjälp av gröna och billiga zink- och kopparjoner. I skarp kontrast till tidigare molekylära kapslar och burar sammansatta av ädelmetalljoner som palladium och platina, dessa nanokapslar avger blå fluorescens med 80 % effektivitet.

Molekylära nanokapslar har potentiella tillämpningar som fotofunktionella föreningar och material, men än så länge uppvisar molekylära kapslar syntetiserade genom att införliva palladiumjoner och så vidare dålig fluorescens.

Tokyo Tech-forskarna förväntar sig att kunna framställa flerfärgade fluorescenskompositer genom att enkelt infoga lämpliga fluorescerande molekyler i nanokapslarnas isolerade hålighet.

Fluorescens har utbredda tillämpningar, hjälpa forskare att förstå frågor inom de grundläggande vetenskaperna och utveckla praktiska material och anordningar. Bland de användbara fluorescerande föreningarna under utveckling, kapselformade molekylära arkitekturer, som har både starka fluorescerande egenskaper och en nanometerstor hålighet, är särskilt lovande.

Molekylära burar och kapslar kan förberedas genom en enkel syntetisk process som kallas koordinativ självmontering. Dock, de flesta av dem är sammansatta av ädelmetalljoner som palladium och platina, och är icke-emitterande på grund av släckning av tungmetallerna.

Nu, Michito Yoshizawa, Zhiou Li, och medarbetare från Chemical Resources Laboratory vid Tokyo Institute of Technology rapporterar nya molekylära nanokapslar med M2L4-sammansättningen (där M representerar zink, koppar, platina, palladium, nickel, kobolt, och mangan). Deras zink- och kopparkapslar, särskilt, visa unika fluorescerande egenskaper.

M2L4-kapslarna är självmonterade av två metalljoner och fyra böjda ligander som inkluderar antracenfluoroforer (fluorescerande delar). Röntgenkristallografisk analys verifierade de slutna skalstrukturerna där de stora inre håligheterna i kapslarna, runt en nanometer i diameter, är skärmade av åtta antracenpaneler.

Zinkkapseln avgav stark blå fluorescens med ett högt kvantutbyte (80 %), i skarp kontrast till de svagt emitterande nickel- och mangankapslarna och det icke-emitterande palladiumet, platina, och koboltkapslar. Kopparkapselns fluorescens, å andra sidan, beror på lösningsmedlet; till exempel, den visar blå emission i dimetylsulfoxid men ingen emission i acetonitril.

Denna studie är den första som visar sådana emissionsegenskaper hos molekylära kapslar som bär en isolerad stor hålighet. Forskarna tror att deras nanokapslar kan ha nya tillämpningar i enheter som kemosensorer, biologiska sonder, och lysdioder.