"Zor seçim" çözümü
Çoğu zaman, istikrarlı bir yatırım yöntemi veya daha yüksek riskli ancak daha yüksek getirili bir yatırım yöntemi seçmek gibi daha ileri çalışmalar yapmayı seçmek veya mezun olduğumuzda toplumda iş aramak gibi "zor seçimler" senaryolarıyla karşı karşıya kalırız. . Kısacası, tartılması gereken iki ucu seçmenin her zaman artıları ve eksileri vardır ve dengeli bir denge durumu bozulmalıdır.
Bugün atomik ve moleküler düzeyde "seçim" sorununu tartışacağız.
Atomları ve molekülleri nasıl "görebiliriz"?
Atomların maddi dünyayı oluşturan temel elementler olduğunu ve moleküllerin atomlar arasındaki kimyasal bağlarla oluşturulabileceğini biliyoruz. Atomun yarıçapı genellikle 10-11 ~ 10-10m mertebesindedir ve insan gözü sadece 10-4m arasında ayrım yapabilir.Bu ince yapılar insan gözüyle ayırt edilemez.
Bu nedenle, bilim adamları art arda taramalı tünelleme mikroskobu (STM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) icat ettiler. Taramalı tünelleme mikroskobu, adından da anlaşılacağı gibi, madde yüzeyinin atom düzeyinde özelliklerini sunmak için kuantum tünelleme etkisini kullanır; atomik kuvvet mikroskobu ise atomlar arasındaki kuvveti kullanır.
Bilgisayar performansının hızla gelişmesiyle birlikte bilim adamları, karmaşık sistemlerin temel özelliklerini incelemek için "ilk prensip hesaplamaları" nı da kullanırlar. Taramalı tünelleme mikroskobu, atomik kuvvet mikroskobu ve ilk prensip hesaplamalarının kombinasyonu, bilim adamlarının atomik ve moleküler seviyelerde yüzey fiziksel ve kimyasal süreçleri incelemesi için güçlü bir araç haline geldi.
Organik moleküllerin aktivasyonu için "seçim"
Organik moleküllerin kontrol edilebilir ve seçici işlevselleştirilmesi, atom ölçeğinde düşük boyutlu malzemelerin kesin yapısının gerçekleştirilmesi için büyük önem taşır. Aktive edilmiş molekül, bir molekülün temel durumdan kimyasal reaksiyonların kolayca gerçekleştiği aktif bir duruma dönüşmesini ifade eder. Aktive edilen moleküller birbirleriyle çarpıştığında kimyasal bir reaksiyon meydana gelir.
Moleküldeki farklı fonksiyonel grupları etkinleştirmek için gereken enerji farklıdır. Moleküldeki benzer gruplar için, onları aktive etmek için gereken aktivasyon koşulları neredeyse aynıdır. Bu benzer gruplar molekül içinde farklı pozisyonlarda dağıtılır ve bunlardan herhangi biri aktive olur ve kimyasal bir reaksiyon meydana gelir, bu da genellikle tamamen farklı özelliklere sahip ürünlerle sonuçlanır. Gruplardan birinin hedeflenen bir şekilde nasıl etkinleştirileceği ve ardından önceden belirlenmiş ürünün nasıl elde edileceği, geleneksel kimyasal sentezde tarihsel bir sorundur.
Simetrik bir molekül için, eşdeğer konumlardaki gruplar tamamen aynıdır, bu nedenle bunlara eşdeğer gruplar denir. Bu eşdeğer grupların seçici aktivasyonu imkansız bir görev gibi görünüyor. Geleneksel kimyasal sentez yöntemi gerçekleştirilemediği için farklı bir yoldan gitmek daha iyidir.
Yüzey sentezi, son yıllarda çok ilgi gören bir sentez yöntemidir. Metal tek kristal yüzeyin kataliz ve hapsetme etkilerinden yararlanılarak, geleneksel yaş kimyasal yöntemlerle sentezlenemeyen çok sayıda düşük boyutlu fonksiyonel nanomateryal sentezlenmiştir. Öyleyse, metal yüzey organik moleküllerdeki eşdeğer grupları seçici olarak etkinleştirmek için kullanılabilir mi?
Bakırı, simetrik molekülleri "seçimler" yapmaya zorlamak için kullanın
Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü, Soochow Üniversitesi ve Almanya'daki Giessen Üniversitesi'nden bilim adamları, simetrik bir molekül üzerinde bir aktivasyon "seçim" deneyi gerçekleştirdiler. Bu simetrik molekül, şu şekilde büyüyen bir 4,4 diamino-p-terfenil (DATP) molekülüdür
Bilim adamları DATP moleküllerini Cu (111) yüzeyine koydular ve ardından DATP molekülleri Cu (111) yüzeyine adsorbe edildiğinde simetri kırılmalarının meydana geldiğini buldular. Şu anda, DATP molekülünde orijinal olarak eşdeğer olan iki amino grubu, yapı ve elektronik özelliklerde farklılıklara sahiptir ve bunlardan birini seçici olarak etkinleştirmek mümkün hale gelir.
Ayna simetrik DATP molekülü Cu (111) yüzeyine adsorbe edildiğinde, molekülün uzun ekseni eşdeğer kristal oryantasyonunun yönü boyuncadır ve molekülün bir ucu bulanık bir özellik gösterir ve molekülün ayna simetrisi kırılarak her iki uçtaki amino grupları eşdeğer olmaz ( Şekil 1).
Şekil 1 Atomik kuvvet mikroskobu görüntüsünde, DATP moleküllerinin Cu (111) yüzeyindeki asimetrik adsorpsiyon konfigürasyonu.
DATP molekülü ve Cu (111), kafes uyumsuzdur. DATP molekülünün uzunluğunun, babanın çocuğu yürümeye yönlendirdiği zaman babanın adım uzunluğu ile aynı olduğu, Cu kafesinin ise çocuğun adım uzunluğu olduğu anlaşılabilir.
Bu kafes uyuşmazlığı, DATP molekülündeki iki eşdeğer amino fonksiyonel grubun bakır yüzeyinde farklı konumlarda adsorbe edilmesine, bir ucu bakır atomunun (üstte) üstüne adsorbe edilmesine ve diğer ucu yüzey Cu atomunun içi boş yerine (fcc) adsorbe edilmesine neden olur. (şekil 2).
Şekil 2 DATP moleküllerinin Cu (111) yüzeyindeki ilk asimetrik adsorpsiyon konfigürasyonu.
Aynı zamanda bilim adamları, üst pozisyonda adsorbe edilen amino grubunun, diğer uçtaki amino grubuna göre bakır yüzeyine daha yakın olduğunu ve yüzeyle daha güçlü bir etkileşime sahip olduğunu, bu nedenle aktivasyon derecesinin daha güçlü olduğunu ve iğne ucunun etkisi altında göründüğünü buldular. Sabit durumda değildir ve tercihen hidrojen bağı yoluyla 2-tribenzaldehit (TPCA) moleküllerine bağlanır (Şekil 3).
Şekil 3 DATP ve TPCA moleküllerinin kendi kendine montajı.
DATP molekülü ile Cu (111) yüzeyi arasındaki kafes uyumsuzluğu, moleküllerin asimetrik adsorpsiyonuna ve belirli fonksiyonel grupların artan aktivitesine neden olur; bu, simetrik moleküllerin izovalent gruplarının seçici işlevselleştirilmesi için yaygın olarak kullanılan bir yol sağlar ve yüzeyde kullanılır. Asimetrik kimyasal reaksiyon yeni bir düşünme biçimi sağladı ve ayrıca atomik ve moleküler düzeyde daha fazla anlayış ve anlayışa sahip olmamızı sağladı.
Nature Communication'da (2018, 9, 3277) ilgili sonuçlar yayınlandı.
Yazar: Yi Xuan Du Shixuan geç yüksek tepe gücü
Kaynak: Fizik Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
