탄소 원자만으로 구성된 뫼비우스 띠

탄소 원자만으로 구성된 뫼비우스 띠 날짜: 2022년 5월 19일 원천: 나고야대학교 변형생체분자연구소(ITbM) 요약: 한 팀이 뫼비우스 띠 모양이 꼬인 띠 모양의 분자 나노카본, 즉 뫼비우스 탄소 나노벨트를 합성했습니다. 구조적으로 균일한 나노카본(이상적으로는 단일 분자)을 얻는 것은 구조와 기능을 적절하게 연관시키기 위해 나노카본 과학 분야에서 큰 도전입니다. 따라서 구조적으로 균일한 나노카본의 구성은 나노기술, 전자공학, 광학 및 생물의학 응용 분야에서 기능성 물질의 개발에 중요합니다. 이 목표를 달성하기 위한 중요한 도구는 합성 유기 화학을 사용하여 나노카본을 생성하는 상향식 접근 방식인 분자 나노카본 과학입니다. 그러나 지금까지 합성된 분자나노카본은 링, 볼, 벨트 등의 단순한 구조를 갖고 있다. 미개척 및 이론적으로 예측된 나노카본을 구현하기 위해서는 보다 복잡한 구조를 갖는 분자 나노카본을 합성하는 새로운 방법론의 개발이 필요하다. 이제 Kenichiro Itami(나고야 대학 교수)와 Yasutomo Segawa(분자 과학 연구소 부교수) 및 Yuh Hijikata(ICReDD 특별 임명 부교수)가 이끄는 팀이 꼬인 띠 모양의 분자 나노카본을 합성했습니다. 뫼비우스 밴드 토폴로지, 즉 뫼비우스 탄소 나노벨트. "뫼비우스 탄소나노벨트는 2017년 탄소나노벨트의 첫 번째 화학적 합성인 초단탄소나노튜브를 보고한 후 과학계에서 꿈의 분자였습니다. 우리가 매일 사용하는 벨트와 마찬가지로 어떤 일이 일어날지 상상했습니다. 꼬임으로 조이면 우리의 '분자 벨트'가 됩니다. 그것은 또 다른 놀랍도록 아름다운 분자입니다."라고 연구 그룹의 리더인 Kenichiro Itami가 말했습니다. 이러한 꼬인 뫼비우스 탄소 나노벨트는 일반 벨트 토폴로지와 비교하여 상당히 다른 특성과 분자 운동을 나타내야 합니다. 그러나 이 트위스트를 만드는 것은 말보다 쉽습니다. "우리는 이전의 탄소 나노벨트 합성을 통해 변형 에너지가 합성에서 가장 큰 장애물이라는 것을 알고 있었습니다. 게다가, 벨트 구조 내의 추가적인 비틀림은 최종 표적 분자의 변형 에너지를 훨씬 더 높게 만듭니다. 실제 합성에서 성공의 열쇠는 분자 설계와 반응 조건에 대한 상세한 조사였습니다."라고 프로젝트의 공동 리더인 Yasutomo Segawa가 말했습니다. 합리적인 합성 경로는 뫼비우스 탄소나노벨트의 띠 모양과 꼬인 분자 구조에서 파생된 거대 변형에 대한 이론적 분석을 사용하여 결정되었습니다. 뫼비우스 탄소나노벨트는 새로 개발된 기능화 반응, Z-선택적 Wittig 반응 순서, 변형 유도 니켈 매개 호모커플링 반응을 포함한 14가지 화학 반응 단계를 거쳐 합성되었습니다. 분광 분석 및 분자 역학 시뮬레이션은 뫼비우스 밴드의 비틀림 부분이 용액에서 뫼비우스 탄소 나노벨트 분자 주위를 빠르게 움직이는 것으로 나타났습니다. 뫼비우스 구조에서 유래한 위상학적 키랄성은 키랄 분리 및 원형 이색성 분광법을 사용하여 실험적으로 확인되었습니다. 역사를 되돌아보면 새로운 형태의 탄소와 나노카본은 지속적으로 새로운 과학과 기술의 문을 열었고 놀라운(종종 예측할 수 없는) 특성, 기능 및 응용 분야의 발견으로 이어졌습니다. 본 연구는 복잡한 토폴로지 구조를 가진 나노카본 재료의 개발과 뫼비우스 토폴로지를 이용한 혁신적인 재료과학의 탄생을 위한 초석을 다진 선구적인 성과이다.