EU-finanziertes Team dringt erstmals in Nanowelt vor
In einer Weltneuheit haben Wissenschaftler aus dem Vereinigten Königreich demonstriert, dass es möglich ist, eine dreidimensionale (3D) Molekularstruktur auf einer Oberfläche aufzubauen. Die in der Fachzeitschrift Natural Chemistry beschriebenen Experimente repräsentieren einen wesentlichen Durchbruch bei dem Versuch, innovative Nanosysteme wie neue optische und elektronische Technologien und sogar Molekularcomputer zu entwickeln. EU-Unterstützung kam hierbei aus dem Projekt CORDSPACE ("Chemistry of coordination space: extraction, storage, activation and catalysis") in Form eines 2,49 Mio. EUR Stipendiums des Europäischen Forschungsrats (ERC) für Martin Schröder von der Universität Nottingham unter dem Programm "Ideen" des Siebten Rahmenprogramms (RP7). Den Wissenschaftlern war es bereits gelungen, zweidimensionale (2D) Molekularstrukturen in Selbstbauweise auf einer Oberfläche zu bauen. Diese 2D-Gebilde enthalten Poren, in denen sogenannte "Gastmoleküle" gefangen werden können. Darüber hinaus sitzen diese Gastmoleküle nicht immer einfach in dem 2D-Gebilde; in manchen Fällen bewirken sie, dass das gastgebende Rahmenwerk zwischen zwei verschiedenen 2D-Konfigurationen wechselt. In dieser Studie schufen Physiker und Chemiker der Universität Nottingham ein 2D-Gebilde aus Tetracarboxylsäure-Molekülen auf einer Oberfläche. Dann brachten sie ein Gastmolekül ein - Fulleren, auch bekannt als "Fußballmolekül", ein fußballförmiges, aus 60 Kohlenstoffatomen bestehendes Molekül. Mit ihrer Kugelform sitzen die Fußballmoleküle über dem 2D-Gebilde. Dies fördert das Wachstum einer zweiten Schicht von Tetracarboxylsäure-Molekülen über der ersten Schicht. Dadurch wird die Selbstbaustruktur faktisch um die dritte Dimension erweitert. "Das ist ungefähr so, als würde man einen Haufen Ziegelsteine in die Luft werfen und beim Herunterfallen fügen sie sich selbst zu einem Haus zusammen", erklärt Professor Neil Champness von der School of Chemistry der Universität Nottingham. "Bisher war dies nur in 2D gelungen; um also bei der Analogie mit den molekularen 'Ziegelsteinen' zu bleiben, formten diese bisher nur einen Weg oder Terrasse. Unser jetziger Durchbruch bedeutet, dass wir nun damit beginnen können, in der dritten Dimension zu bauen. Dies bedeutet für die Nanotechnologie einen bedeutenden Schritt vorwärts." Das neu entdeckte System ist umkehrbar: Wird Coronen (ein prozyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff) als zweites Gastmolekül hinzugefügt, wird das zweischichtige Netzwerk einschließlich der Fußballmoleküle durch ein einschichtiges Netzwerk aus Tetracarboxylsäure mit bewegungsunfähigem Coronen in den Poren ersetzt. Die Wissenschaftler kommen zu dem folgenden Schluss: "Das System ist ein Beispiel für eine reversible Transformation zwischen einem flachen und einem nicht-flachen supramolekularen Netzwerk, ein wichtiger Schritt hin zum kontrollierten Selbstbau funktionaler, dreidimensionaler, oberflächenbasierter supramolekularer Architekturen."
Länder
Vereinigtes Königreich