Учёные из Университета Южной Флориды (University of South Florida) достигли нового рубежа в разработке двумерных супрамолекул, которые расширяют области нанотехнологии и развития наноматериалов.
Со времени открытия в 2004 году графена, самого тонкого в мире (толщиной в один атом) и самого прочного (в 200 раз прочнее стали) материала, исследователи работают над дальнейшей разработкой аналогичных наноматериалов для промышленного, фармацевтического и другого коммерческого использования. Благодаря своим проводящим свойствам и прочности графен может использоваться в микроэлектронике для обогащения механических материалов.
Несмотря на то, что работа по разработке новых супрамолекул, способных к дальнейшему применению, имела некоторый успех, эти молекулярные структуры обладали либо небольшими размерами (менее 10 нм), либо произвольно реорганизовывались, что ограничивало их потенциальное использование. Новое исследование, опубликованное в Nature Chemistry (Zhe Zhang et al, Nature Chemistry, 2020, DOI: 10.1038/s41557-020-0454-z), сделало глубокий скачок вперёд в супрамолекулярном прогрессе.
«Наша исследовательская группа смогла преодолеть одно из главных надмолекулярных препятствий, разработав надмолекулярную структуру размером более 20 нм», — комментирует Сяопэн Ли (Xiaopeng Li), доцент и ведущий научный сотрудник исследовательской группы. «Это по сути мировой рекорд в этой области химии».
Ли с исследовательской группой сотрудничали с командой Аргоннской национальной лаборатории (Argonne National Laboratory) и Университетом Огайо (Ohio University), а также с рядом других американских и международных исследовательских институтов.
Супрамолекулы представляют собой крупные молекулярные структуры, состоящие из отдельных молекул. В отличие от традиционной химии, которая фокусируется на ковалентных связях между атомами, супрамолекулярная химия изучает нековалентные взаимодействия между самими молекулами. Эти взаимодействия приводят к самосборке молекул, естественным образом формируя сложные структуры, способные выполнять различные функции.
В этом исследовании команда смогла построить металло-супрамолекулярную гексагональную решётку шириной 20 нм путем объединения внутри- и межмолекулярных процессов самосборки. Ли говорит, что успех этой работы будет способствовать дальнейшему пониманию принципов дизайна, управляющих этими молекулярными образованиями и может однажды привести к разработке новых материалов с ещё неизвестными свойствами.