В течение последних пяти лет исследователи Лейпцигского университета работали над принципиально новыми методами селективной сборки газообразных заряженных молекулярных фрагментов в новые сложные молекулы. Синтезированные вещества наносятся на поверхности. Этот инновационный процесс открывает новые перспективы для применения в современной наноэлектронике и сенсорных технологиях. Он также предлагает новые направления исследований в различных научных дисциплинах — от изучения катализаторов до медицинских применений.
Учёные Лейпцигского университета совместно с коллегами из Университета Пердью (США) опубликовали краткое изложение своих результатов за этот период в журнале Nature Reviews Chemistry.
До сих пор заряженные молекулярные фрагменты в основном изучались в аналитической химии для определения структуры молекул. Однако исследования последних лет показали, что эти фрагменты также имеют большое значение для синтетических применений.
Профессор Йонас Варнеке, руководитель исследовательской группы в Институте физической и теоретической химии им. Вильгельма Оствальда при Лейпцигском университете, объясняет: «Путем селективного нанесения их на поверхности можно инициировать химические реакции, которые были бы невозможны при использовании традиционных методов синтеза».
Исследовательские инструменты, используемые для этого — специально оптимизированные для так называемого синтеза тонкоплёночных материалов с заряженными молекулярными фрагментами — существуют только в двух местах по всему миру. Они были разработаны совместно исследовательскими группами под руководством профессора Варнеке и профессора Юлии Ласкин из Университета Пердью.
В статье исследовательская группа из Лейпцига сообщает о своей работе по контролируемому формированию химических связей с использованием «агрессивных» молекулярных фрагментов. Например, наиболее химически реактивный отрицательно заряженный молекулярный фрагмент, известный на сегодняшний день, был специально связан с другими молекулами. Даже азот из воздуха, который обычно считается инертным, был связан в слоях на поверхностях. Это открывает новые возможности для использования таких инертных химических исходных материалов для синтеза новых молекул и функциональных материалов на поверхностях или для избирательной модификации свойств поверхностей материалов.
Публикация также описывает исследования, проведённые командой из Университета Пердью, по связыванию содержащих металл заряженных «нанокластеров» — небольших частиц с точно определённым количеством атомов, которые представляют интерес для квантовых технологий из-за их уникальных магнитных и электронных свойств. Статья также сообщает о совместной работе двух исследовательских групп по разработке инструментов и изучению поведения молекулярных заряженных катализаторов на поверхностях.
«Мы стремимся оптимизировать нашу работу в ближайшие годы, разрабатывая ещё более мощные инструменты для синтеза тонкоплёночных материалов с использованием молекулярных фрагментов», — говорит Варнеке. Это может позволить синтезировать материалы в микромасштабе и проложить путь для применения замечательных новых соединений, собранных из молекулярных фрагментов, в технологии микросистем.
Кроме того, исследовательская группа из Лейпцига разрабатывает новые подходы для анализа больших биомолекул на поверхностях путём прикрепления заряженных молекулярных фрагментов — достижение, которое может способствовать фундаментальному пониманию биологических функций этих молекул на клеточных поверхностях.