_ Explorarea efectului închiderea inelului la fluorescența polimerilor supramoleculari

În chimia supramoleculară, starea de autoasamblare a moleculelor joacă un rol semnificativ în determinarea proprietăților lor tangibile. Controlul stării auto-asamblate a atras o atenție semnificativă, deoarece poate fi exploatat pentru a proiecta materiale cu proprietăți dorite, cum ar fi capacitatea de transport a sarcinii și lungimea de undă de fluorescență.

De ani de zile, oamenii de știință au încercat să descifreze modul în care organizarea moleculară are impact asupra proprietățile ansamblurilor supramoleculare care se află la scara nano (<10 nm) și mezoscopică (10–1.000 nm). Cu toate acestea, studiul structurilor cu ansambluri polimerice supramoleculare derivate din același monomer este adesea împiedicat de modificările structurale dinamice și de controlul imatur asupra auto-ansamblurilor.

Un studiu recent publicat în Journal of the American Chemical Society, a investigat proprietățile ansamblurilor supramoleculare unidimensionale de mezo scară a două structuri diferite compuse din aceeași moleculă luminiscentă. A arătat că două structuri au arătat proprietăți foarte diferite, în funcție de faptul dacă moleculele lor au fost aranjate într-un model circular închis sau nu.

Studiul a fost condus de prof. Shiki Yagai de la Universitatea Chiba, împreună cu Sho Takahashi, un doctorand la Școala Absolventă de Știință și Inginerie a Universității Chiba, în calitate de prim autor. De asemenea, a inclus profesorul Martin Vacha de la Departamentul de Știința și Inginerie a Materialelor de la Institutul de Tehnologie din Tokyo și dr. Hikaru Sotome de la Școala Absolventă de Științe de Inginerie de la Universitatea Osaka, ca autori corespunzători.

„The geometrical frumusețea unei structuri circulare, care nu are capăt și colțuri, a fascinat oamenii.Chimiștii au realizat sinteza unor molecule ciclice gigantice folosind diverse abordări nu numai pentru a crea structuri frumoase, ci și pentru a concura în eleganța procesului de sinteză atât de frumos. structuri", spune prof. Yagai.

"Cel mai bun exemplu al naturii care utilizează frumusețea funcțională a structurilor circulare ar fi organul antenei de captare a luminii (LH2, LH1) al bacteriilor fotosintetice violete. LH2 are un aspect frumos. Structura circulară datorită capacității remarcabile de auto-organizare a proteinei și se crede că prin aranjarea coloranților de clorofilă într-o matrice circulară pe baza acestui cadru, se realizează colectarea slabă a luminii și transferul energiei de excitație.”

Prin intermediul auto-asamblarea de molecule luminiscente sintetizate pe baza propriului design molecular, echipa a obținut un amestec de două agregate moleculare unidimensionale π-conjugate cu structuri diferite, și anume structuri ciclice fără terminale (toroide) și structuri înfăşurate aleatoriu. Amestecul a prezentat luminiscență de energie scăzută și de intensitate scăzută.

Cele două structuri au fost separate folosind o tehnică nouă de dializă care a exploatat diferența în stabilitatea lor cinetică. După separare, s-a demonstrat că structura toroidală închisă fără capăt a dus la o energie mai mare și o luminiscență mai eficientă în comparație cu bobinele aleatorii. Echipa a efectuat spectroscopie laser ultrarapidă pentru a investiga mecanismul proprietăților lor de fluorescență dependente de topologie.

Rezultatele au indicat ca bobinele aleatoare cu capetele și-au pierdut energia de excitare din cauza defectelor generate de fluctuațiile soluției, spre deosebire de toroidii care nu erau se deforma cu ușurință și prezintă fluorescență fără pierderi de energie. Mai mult, s-a constatat că în soluția mixtă de toroidi și bobine aleatoare, energia de excitație a fost transferată de la toroid la bobina aleatoare datorită aglomerării ambelor ansambluri și s-a observat doar luminiscența derivată din bobine aleatoare.

Acest studiu stabilește controlul morfologic al materialelor la mezoscală ca un posibil nou ghid pentru proiectarea materialelor funcționale. De asemenea, evidențiază faptul că în cazul materialelor care sunt predispuse la polimorfism supramolecular, precum toroidul și bobina aleatorie, este esențială purificarea ansamblurilor înainte de a analiza proprietățile fotofizice ale acestora. Dacă nu sunt separate, rezultatele obținute ar putea reflecta numai proprietăți părtinitoare, în loc de cele distincte, datorate transferului de energie între diferite structuri.

Cercetătorii speră că aceste perspective pot încuraja dezvoltarea de dispozitive flexibile de înaltă performanță care utilizează ciclic. ansambluri moleculare.

„Putem spune cu plăcere că aici a fost găsită o corelație între frumusețea structurală și frumusețea funcțională, chiar și în ansamblurile moleculare la scară mezo. Credem că informațiile din studiul nostru ar putea ajuta la îmbunătățirea performanței. a dispozitivelor cu celule solare și a dispozitivelor emițătoare de lumină pe termen lung, facilitând astfel acceptabilitatea lor pe scară largă și îmbogățind viața oamenilor pe parcurs”, conchide prof. Yagai.

(Fluierul)