Fig. 1: Top-down fabricage van chirale 2D monolaag nanosheets van supramoleculaire metallacycles. Krediet: DOI: 10.1038/s41586-022-04407-8
Een internationaal team van onderzoekers heeft een manier gevonden om 2D-nanosheets te maken waarin de moleculen in de lagen alleen zijn gebonden door zwakke, niet-covalente bindingen. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuur, beschrijft de groep hun proces en het mogelijke gebruik ervan. Claudia Backes van Kassel University heeft een artikel in News & Views gepubliceerd in hetzelfde tijdschriftnummer waarin het werk wordt geschetst.
In de afgelopen jaren hebben onderzoekers een verscheidenheid aan 2D-nanomaterialen ontwikkeld door superdunne platen te maken van gebonden atomen. Dergelijke vellen worden meestal gemaakt door ze van kristallen te pellen. Dit proces werkt vanwege de sterke covalente bindingen tussen de atomen in de plaat en de zwakke bindingen tussen de lagen. Eerder werd aangenomen dat het maken van soortgelijke vellen met zwak gebonden atomen niet mogelijk was omdat de vellen te zwak zouden zijn om bij elkaar te houden. In deze nieuwe poging ontdekten de onderzoekers dat het mogelijk is om 2D-vellen te maken waarin de moleculen zijn gebonden met alleen zwakke, niet-covalente bindingen, terwijl de vellen sterk genoeg blijven om bij elkaar te blijven. Het geheim van het produceren van dergelijke vellen was het gebruik van moleculen die op meerdere punten binding mogelijk maakten.
Het werk was gebaseerd op supramoleculaire coördinatiecomplexen, waarin netwerken van bindingen kunnen worden gevormd door liganden (elektronendonoren) en kationen (elektronenacceptoren). De onderzoekers kozen ervoor om moleculen met dergelijke attributen te maken die werden gevormd tot stervormen. Met deze moleculen was elke ster in staat om 12-punts, dubbele zwakke bindingen te vormen met de sterren om hen heen. Door het grote aantal bindingsplaatsen konden de moleculen bij elkaar blijven ondanks de afwezigheid van covalente bindingen. De stervorm maakte het ook mogelijk om aromaten op te nemen die ook dienden om de moleculen te binden.
De onderzoekers maakten de platen door kristallen in een vloeistof te hangen en ze vervolgens aan ultrageluid te onderwerpen. Het resultaat was een gestapeld plaatmateriaal, waarbij elk vel bestond uit een laag verbonden sterren. De hechting tussen de vellen was, net als bij vellen gemaakt met covalente bindingen, zwakker dan die welke de vellen bij elkaar hielden, waardoor ze uit elkaar konden worden gehaald.
Jinqiao Dong et al, Vrijstaande homochirale 2D-monolagen door afschilfering van moleculaire kristallen, Natuur (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04407-8
Claudia Backes, fragiele nanosheets ontdaan van kristallen, Natuur (2022). DOI: 10.1038/d41586-022-00466-z
Natuur
