Forskare från National University of Singapore har visat en töjningsinducerad strukturell omarrangering av endimensionella (1D) metallorganiska molekylkedjor för potentiell användning vid tillverkning av funktionella nanostrukturer.

Syntesen av funktionella material på molekylär nivå kan potentiellt användas för att utveckla nanostrukturer för tillämpningar som kräver speciellt skräddarsydda elektroniska och magnetiska egenskaper. Detta uppnås vanligtvis genom att använda termisk- eller fotoutlösta kemiska transformationer. Användningen av mekaniska stammar för att utlösa kemiska omvandlingar ger ett nytt sätt att tillverka nanostrukturer med unika egenskaper.

En forskargrupp ledd av professor Lu Jiong från Institutionen för kemi, NUS har visat att stammen som skapas mellan endimensionella (1D) metallorganiska kedjor (MOC) och deras underliggande substrat kan utlösa isomera transformationer som kan resultera i en ny molekylstruktur. I isomera transformationer, atomerna i molekylen ordnar om sig själva, producerar en strukturellt annorlunda molekyl men har samma atomer. Genom att skapa lämpliga spänningsförhållanden i materialet, de resulterande isomera transformationerna kan potentiellt användas för att tillverka funktionella nanostrukturer.

En rationellt utformad förening, känd som 1, 5-dibrom-2, 6-dimetylnaftalen (DBDMN) syntetiserades av professor Wu Jishans grupp från Institutionen för kemi, NUS. Prof Lus team deponerade denna förening på en katalytiskt aktiv kopparyta för att bilda 1D MOCs (Figur A). När de utsätts för värmebehandling och kylning i rumsförhållanden för att minska spänningen i materialet, teamet fann att MOC:erna genomgick skelettisomera omarrangemang. Strukturen av MOCs vid submolekylär upplösning före och efter transformationen fångades med hjälp av icke-kontakt atomkraftsmikroskopi (figur B och C). Bilderna visar att under omvandlingsprocessen, CH-bindningarna blir kemiskt aktiva med omarrangemang av koordinationsbindningar.

Teamets experimentella resultat tillsammans med teoretiska beräkningar utförda av Prof Pavel Jelíneks grupp från Institute of Physics, Tjeckiska vetenskapsakademin, Tjeckien visar att minskningen av den substratinducerade interna belastningen på MOC:erna är nyckelfaktorn som orsakar den molekylära omarrangemanget i materialet.

Prof Lu sa, "Vi föreställer oss att våra resultat om den spänningsinducerade strukturella omarrangemanget i endimensionella materialsystem kommer att berika den tillgängliga verktygslådan för syntes på ytan av nya funktionella material och kvantnanostrukturer."