Сложные пористые хиральные наноузоры возникают из простых линейных строительных блоков

Учёные из Технического университета Мюнхена (TUM) функционализировали простой стержнеобразный строительный блок гидроксамовыми кислотами на обоих концах. Они образуют молекулярные сети, демонстрирующие сложность и красоту самосборки одного компонента на поверхностях, а также исключительные свойства.

Строительные блоки для сложных наноструктур

Междисциплинарная команда исследовала новую функциональную группу — гидроксамовую кислоту. Был создан концептуально простой строительный блок: стержнеобразная молекула с группой гидроксамовой кислоты на каждом конце. Его самосборку исследовали на атомарно плоских поверхностях серебра и золота.

Нано-пористая сеть

Комбинация методов микроскопии, спектроскопии и расчётов теории функционала плотности показала, что молекулярный строительный блок адаптирует свою форму в среде поверхности и соседних молекул. Это создаёт необычное многообразие супрамолекулярных мотивов: от двух до шести молекул, удерживаемых вместе межмолекулярными взаимодействиями.

Некоторые из этих мотивов самоорганизовались в 2D-кристаллы. Среди них возникла уникальная сеть, узоры которой напоминают дольки лимона, снежинки или розетки. Она содержит три типа пор разного размера, способных удерживать отдельные малые молекулы газа, например, CO, в самых маленьких, или небольшие белки, такие как инсулин, в самых больших.

Это веха в тесселяциях, достигнутых молекулярными наноструктурами, и в количестве различных пор в кристаллических 2D-сетях, что открывает уникальные возможности для нано-шаблонирования.

Наноклетки с "закруткой" (хиральность)

Внутренние стенки полученных наноструктурных клеток предлагают сайты, которые могут направлять молекулы-гости. Исследователи наблюдали такой процесс в некоторых более крупных порах, где три одинаковые молекулы собирались в хиральный объект. При комнатной температуре этот объект находится в движении, как балерина в музыкальной шкатулке.

В будущей работе команда надеется управлять подобными явлениями для задач хирального распознавания и создания искусственных наномашин.