Новости химической науки > Водородная связь под микроскопом

Исследователи из Японии разработали зонд сканирующего туннельного микроскопа [scanning tunnelling microscope (STM), позволяющий измерить перенос электронов, реализующийся при образовании единичной водородной связи.

Многие годы исследователи предпринимали успешные попытки создания мономолекулярных устройств, которые бы действовали подобно крошечным аналогам таких обычных компонентов электронных схем, как провода, диоды, переключатели, транзисторы и более сложные логические схемы. Однако среди множества публикаций найдутся лишь единицы, в которых продемонстрированы методики, позволяющие осуществить непосредственное наблюдение и изучение электронного переноса по этим мономолекулярным электронным устройствам. Тем не менее, точные аналитические методики, позволяющие отследить поведение электронов в молекулярной электроники необходимы – прежде всего для дизайна еще более сложных систем, зачастую основанных на принципе самосборки без участия водородных связей.

Исследователи модифицировали зонд сканирующего туннельного микроскопа таким образом, что он стал способен образовывать водородные связи. (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., 2013, DOI: 10.1021/ja311463b)

Как отмечает Томоаки Нисино (Tomoaki Nishino) из Университета Осаки, имеющаяся в настоящее время информация об особенностях электронного переноса, реализующегося при образовании межмолекулярных связей, лежащих в основе такой самоорганизации, крайне отрывочна. Нисино подчеркивает, что наиболее известным типом таких межмолекулярных взаимодействий является водородная связь, именно поэтому исследователи из его группы решили изучить электронные свойства водородной связи.

Для решения этой задачи исследователи решили модифицировать сканирующий туннельный микроскоп и разработали новые зонды для этого устройства с помощью хемосорбции серосодержащих соединений, с помощью которых был модифицирован стандартный зонд. Такая модификация позволила проводить химическое распознавание на молекулярном уровне, сочетая получение этой информации в обычные измерения, которые в состоянии приводить обычный сканирующий туннельный микроскоп. Таким образом, щуп микроскопа, модифицированный карбоксилированный алкантиолом, позволил с большей, чем это было достигнуто к настоящему времени, точностью изучить водородную связь, образующуюся между карбоксилированным тиолом на зонде сканирующего туннельного микроскопа и карбоновой кислотой, закрепленной на поверхности из золота.

Исследователи обнаружили, что изученная ими водородная связь является лучшим проводником электронов, чем короткая ковалентная σ-связь. Вместе с тем, по мере удлинения водородной связи (ее линейные параметры можно регулировать, перемещая зонд микроскопа) эффективность переноса электронов понижается. Исследователи делают вывод, что при наличии в молекулярном устройстве водородной связи эту зависимость необходимо учитывать, добиваясь требуемого транспорта электронов за счет настройки длины водородной связи.

Источник: J. Am. Chem. Soc., 2013, DOI: 10.1021/ja311463b

метки статьи: #аналитическая химия, #межмолекулярные взаимодействия, #супрамолекулярная химия