Den här vetenskapliga illustrationen av studien, skapad av Dr Takamasa Tsukamoto från Tokyo Tech, valdes ut som en omslagsbild i Angewandte Chemie International Edition. Bildkälla:Dr. Tsukamoto, Tokyo Tech. Kredit:Dr Takamasa Tsukamoto från Tokyo Tech
Nanopartiklar (som har storlekar mellan 3–500 nm) och sub-nanokluster (som är cirka 1 nm i diameter) används inom många områden, inklusive medicin, robotik, materialvetenskap och teknik. Deras ringa storlek och stora förhållande mellan yta och volym ger dem unika egenskaper, vilket gör dem värdefulla i en mängd olika tillämpningar, allt från föroreningskontroll till kemisk syntes.
Nyligen har kvasi-sub-nanomaterial, som är cirka 1–3 nm i skala, uppmärksammats eftersom de har en dubbel natur – de kan betraktas som nanopartiklar, såväl som oorganiska molekyler. Förståeligt nog kan det vara av stort värde att kontrollera antalet atomer i ett kvasi-sub-nanomaterial. Att syntetisera sådana exakta molekylära strukturer är dock tekniskt utmanande, men forskare vid Tokyo Tech var verkligen redo för denna utmaning.
Dendroner - mycket grenade molekylära strukturer som består av grundläggande iminer - har föreslagits som prekursorer för den exakta syntesen av kvasi-sub-nanomaterial med önskat antal atomer. Iminerna i dendronerna fungerar som en ställning som kan bilda komplex med vissa sura metallsalter och samla metaller på dendronstrukturen. Dessa kan i sin tur reduceras till metallsubnanokluster med önskat antal atomer. Att syntetisera dendron med en hög andel iminer är dock en dyr process med lågt utbyte.
Nu, i en studie publicerad i Angewandte Chemie , förklarar forskarna hur de har kombinerat flera dendrimerstrukturer för att bilda en supramolekylär kapsel som består av mer än 60 iminer. "Syntesen av dendronmonterade supramolekyler åstadkoms genom att ansluta interna kärnenheter och externa dendronenheter - som bestämmer den centrala strukturen respektive terminalgrenarna", förklarar biträdande professor Takamasa Tsukamoto, som var involverad i studien. Den inre strukturen av denna supramolekyl innehöll en sextrådig kärna med surt tritylium, medan varje yttre enhet innehöll dendroner med iminer. Interaktionen mellan den sura kärnan och den grundläggande yttre strukturen resulterade i ett självmonterande organokomplex.
Trityliumjoner och rodiumjoner samackumuleras med iminer som introduceras i dendronenheten för att bilda organokomplex och metallokomplex. I denna studie användes organo-komplexet för syntes av supramolekylära kapslar. Kredit:Dr. Tsukamoto, Tokyo Tech
Dessutom visade sig iminerna samackumuleras med rodiumsalter så att de innersta iminerna bildade ett komplex med trityliumenheter medan de yttersta var befolkade med rodiumsalterna. Den resulterande supramolekylen, som hade en inre kärnenhet omgiven av sex externa dendronenheter (var och en innehöll 14 rodiumsalter vid de yttre iminerna), kondenserades framgångsrikt till kluster innehållande 84 rodiumatomer med en storlek på 1,5 nm.
Genom att fästa imininnehållande dendroner till en sur kärna, konstruerade forskarna en supramolekylär mall för syntes av kvasi-sub-nanomaterial. Dessutom, eftersom iminerna kan bilda komplex med ett brett spektrum av katjoniska enheter, kan metoden användas för att syntetisera en mängd olika supramolekylära strukturer. Tack vare sin mångsidighet, enkelhet och kostnadseffektivitet kan metoden vara en hörnsten för utvecklingen av nya nanomaterial. "Detta nya tillvägagångssätt för att erhålla atomicitetsdefinierade kvasi-sub-nanomaterial utan begränsningarna av konventionella metoder har potential att spela en viktig roll i att utforska de sista gränserna för nanomaterial", säger Prof. Tsukamoto. Detta kan faktiskt vara ett "litet" steg för Tokyo Tech, men ett "gigantiskt" steg för nanovetenskap. + Utforska vidare
