Исследователи связывают атомы кремния на поверхности

Такие , как арсенид галлия, чрезвычайно важны для производства электронных устройств. Поскольку его запасы ограничены или они могут представлять для здоровья и окружающей среды, специалисты ищут альтернативные материалы. Так называемые сопряженные полимеры являются кандидатами. Эти органические макромолекулы обладают полупроводниковыми свойствами, то есть они могут проводить при определенных условиях. Один из возможных способов получения их в желаемой двумерной, то есть чрезвычайно плоской, форме — это поверхности, область исследований, основанная в 2007 году.


С тех пор было разработано множество реакций и получены интересные материалы для возможных применений. Большинство реакций основано на образовании углерод-углеродных связей. Команда, состоящая из различных рабочих групп из кафедр химии и физики Университета Мюнстера (), теперь использовала образование -кремниевой связи для создания полимера — премьера в химии поверхности.

Раньше одним из препятствий была связь атомов кремния. Построение полимеров таким способом с использованием традиционной синтетической химии, то есть в растворе, сложно. Тот факт, что они теперь первыми смогли произвести кремниевый полимер, — это то, чем исследователи Мюнстера обязаны возможностям, предлагаемым химией поверхности. Уловка заключалась в следующем: соединение атомов происходит на чрезвычайно гладкой металлической поверхности, на которую молекулы осаждаются из паровой фазы. В результате получаются очень тонкие слои материала. Если обычный углерод заменить кремнием, можно получить длинные полимеры даже в мягких условиях реакции. Исследователи надеются на новаторские свойства материалов и новых многообещающих кандидатов для потенциальных применений из кремниевых полимеров. Результаты исследования опубликованы в журнале. Химия природы.

Методология

Группа химиков под руководством профессора Армидо Штудера произвела молекулы, состоящие из силильных групп, соединенных с помощью так называемого органического линкера. Физики из группы под руководством профессора Харальда Фукса исследовали их реакционную способность на металлических поверхностях (золоте или меди). Они продемонстрировали, что реакция кремний-водородных связей внутри силильных групп уже произошла при комнатной температуре, тогда как аналогичное соединение углерод-углеродных связей обычно требует температур выше 300 градусов Цельсия. На следующем этапе исследователи уточнили точную структуру образованных связей: два атома водорода удаляются из каждого атома кремния, чтобы создать структуры высокого порядка. Более подробный анализ показал, что атомы кремния связаны с поверхностью металла.

Поскольку структура конечного полимера не могла быть полностью прояснена с помощью обычной сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), группа, возглавляемая химиком профессором Йоханнесом Нойгебауэром, использовала для этой цели вычислительные химические методы и смоделировала СТМ-изображения различных потенциальных продуктов. Чтобы обеспечить дополнительную поддержку при описании продукта, группа под руководством доктора Гарри Мёнига использовала метод, специально предназначенный для решения этих проблем, на основе атомно-силовой микроскопии. Этот метод позволил не только изобразить весь продукт, но и локализовать атомы водорода с резко увеличенным разрешением. Команде Йоханнеса Нойгебауэра также удалось разработать механистическую и смоделировать необходимые шаги реакции для образования найденного продукта.

Взносы с разных сторон

«Свойства полимеров можно будет изучить в будущих исследованиях на предмет их электропроводности», — говорит химик д-р Хеннинг Клаасен. «Кроме того, молекулярный дизайн может быть изменен, чтобы адаптировать свойства для применения материалов в качестве органических полупроводников». А Лаченг Лю, аспирант по физике, добавляет: «Кроме того, этот метод можно использовать для разработки совершенно новой стратегии молекулярных изменений в функционализации поверхностей и наночастиц».

В будущем команда планирует более подробно изучить химию поверхности новых кремнийсодержащих функциональных групп, а также планирует ввести дополнительные функциональные группы. «Мы показали, что не только углерод можно использовать для создания удивительных структур. Различные вклады, сделанные с разных сторон — химиками и физиками, людьми с теоретическим подходом, другими — с практическим подходом — все требовали высокой степени творчества. Это позволило нам исследовать новый путь в реакциях образования связей в химии поверхности », — так Мелани Виттлер, аспирант по химии, подводит итог проделанной работе.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments