Dolar 9,3088
Euro 10,8387
Altın 529,59
BİST 1.430
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 17 °C
Çok Bulutlu

Araştırmacılar Tek Bir Kimyasal Bağın Kırılmasını Kaydediyor – “İnanılmaz”

05.10.2021
7
Araştırmacılar Tek Bir Kimyasal Bağın Kırılmasını Kaydediyor – “İnanılmaz”

Araştırmacılar, karbon monoksit ve demir ftalosiyanin arasındaki bağı kırmak için uygulanan mekanik kuvvetleri ölçtüler ve bu bağ kopmasından önce ve sonra çekilen taramalı sonda mikroskobu görüntülerinde simetrik bir haç olarak ortaya çıktı. Kredi: Pengcheng Chen ve ark.

Gelişmiş mikroskopi tekniklerini kullanarak Princeton ÜniversitesiAraştırmacılar, bir karbon arasındaki tek bir kimyasal bağın koptuğunu kaydettiler. atom ve farklı moleküller üzerinde bir demir atomu.

Ekip, Princeton’ın Görüntüleme ve Analiz Merkezi’nde kontrollü bir ortamda çalışan yüksek çözünürlüklü bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullandı. Ucu tek bir bakır atomunda biten AFM probu, kopana kadar yavaş yavaş demir-karbon bağına yaklaştırıldı. Araştırmacılar, mikroskop tarafından yakalanan bir görüntüde görülebilen kırılma anında uygulanan mekanik kuvvetleri ölçtüler. Princeton Üniversitesi, Texas-Austin Üniversitesi ve ExxonMobil’den bir ekip, 24 Eylül 2021’de yayınlanan bir makalede sonuçları bildirdi. Doğa İletişimi.

Susan Dod Brown Mekanik ve Havacılık Mühendisliği Profesörü ve Princeton Enstitüsü Direktörü Craig Arnold, “Bu inanılmaz bir görüntü – bir yüzeyde tek bir küçük molekülü, ona bağlı bir başkasıyla gerçekten görebilmek inanılmaz” dedi. Malzeme Bilimi ve Teknolojisi (PRİZM).

“Bu belirli bağı hem çekerek hem de iterek karakterize edebildiğimiz gerçeği, bu tür bağların doğası hakkında çok daha fazla şey anlamamıza izin veriyor – güçleri, nasıl etkileşime girdikleri – ve bu her türlü şeye sahip. Arnold, özellikle kataliz için, bir yüzeyde bir molekülün olduğu ve sonra bir şeyin onunla etkileşime girdiği ve parçalanmasına neden olduğu durumlarda, “dedi.

Çalışmanın baş araştırmacısı ve Princeton’ın Görüntüleme ve Analiz Merkezi’nin yöneticisi Nan Yao, deneylerin ayrıca bağ kırılmasının bir katalizörün adsorbe edildiği yüzey ile etkileşimlerini nasıl etkilediğine dair içgörüler ortaya koyduğunu belirtti. Aynı zamanda uygulama profesörü ve PRISM’de kıdemli araştırma uzmanı olan Yao, kimyasal katalizörlerin tasarımının iyileştirilmesinin biyokimya, malzeme bilimi ve enerji teknolojileri ile ilgisi olduğunu ekledi.

Deneylerde, karbon atomu bir karbon monoksit molekülünün parçasıydı ve demir atomu, yaygın bir pigment ve kimyasal katalizör olan demir ftalosiyanindendi. Demir ftalosiyanin, nitrojen ve karbon bazlı bağlı halkalardan oluşan bir kompleksin merkezinde tek bir demir atomu ile simetrik bir haç gibi yapılandırılmıştır. Demir atomu, karbon monoksitin karbonuyla etkileşime girer ve demir ve karbon, datif bağ olarak bilinen bir tür kovalent bağda bir çift elektronu paylaşır.

Yao ve meslektaşları, uç ile bağlı moleküller arasındaki mesafeyi 5 pikometrelik artışlara (milimetrenin 5 milyarda biri) kadar hassas bir şekilde kontrol ederek demir-karbon bağını kırmak için AFM cihazının atomik ölçekli prob ucunu kullandılar. Uç, moleküllerin 30 pikometre üzerindeyken kırılma meydana geldi – bir karbon atomunun genişliğinin yaklaşık altıda birine karşılık gelen bir mesafe. Bu yükseklikte, demir ftalosiyanin molekülünün yarısı, kimyasal bağın kopma noktasını gösteren AFM görüntüsünde daha bulanık hale geldi.

Araştırmacılar, temassız olarak bilinen, mikroskobun ucunun incelenen moleküllerle doğrudan temas etmediği, bunun yerine moleküllerin yüzeyinin bir görüntüsünü oluşturmak için ince ölçekli titreşimlerin frekansındaki değişiklikleri kullandığı bir tür AFM kullandılar.

Araştırmacılar, bu frekans değişimlerini ölçerek, bağı kırmak için gereken kuvveti de hesaplayabildiler. Standart bir bakır prob ucu, 150 pikonevtonluk çekici bir kuvvetle demir-karbon bağını kırdı. Ucuna başka bir karbon monoksit molekülü eklendiğinde, bağ 220 pikonevtonluk bir itme kuvvetiyle kırıldı. Bu farklılıkların temelini araştırmak için ekip, kimyasal reaksiyonlar sırasında elektronların yoğunluklarındaki değişiklikleri modellemek için kuantum simülasyon yöntemlerini kullandı.

İş yararlanır AFM teknolojisi ilk olarak 2009’da geliştirildi Tek kimyasal bağları görselleştirmek için. Bir AFM sistemi kullanılarak bir kimyasal bağın kontrollü kırılması, bağ oluşumu üzerine benzer çalışmalardan daha zorlayıcı olmuştur.

IBM’de Atom ve Molekül Manipülasyonu araştırma grubunu yöneten Leo Gross, “Kimyasal reaksiyonların atom manipülasyonu, yani bir taramalı prob mikroskobunun ucuyla nasıl gerçekleştirilebileceği konusundaki anlayışımızı geliştirmek büyük bir zorluktur” dedi. Zürih’te araştırma yaptı ve 2009’un baş yazarıydı. ders çalışma Bu, ilk önce bir molekülün kimyasal yapısını AFM ile çözdü.

Yeni çalışma, iki farklı mekanizma kullanan farklı uçlarla belirli bir bağı kırarak, “atom manipülasyonu ile bağ bölünmesini anlamamızı ve kontrolümüzü geliştirmeye” katkıda bulunuyor. Bu, atom manipülasyonu ile kimya için araç kutumuza katkıda bulunuyor ve artan karmaşıklıkta tasarlanmış moleküller üretmeye yönelik bir adımı temsil ediyor” diye ekledi çalışmaya dahil olmayan Gross.

Deneyler, dış titreşimlere ve diğer kafa karıştırıcı faktörlere karşı son derece hassastır. Görüntüleme ve Analiz Merkezi’nin özel AFM cihazı, yüksek vakumlu bir ortama yerleştirilmiştir ve malzemeler, sadece birkaç derece yukarıda, 4 Kelvin’lik bir sıcaklığa soğutulur. tamamen sıfır, sıvı helyum kullanarak. Bu kontrollü koşullar, moleküllerin enerji durumlarının ve etkileşimlerinin yalnızca deneysel manipülasyonlardan etkilenmesini sağlayarak kesin ölçümler sağlar.

Yao, “Çok iyi, temiz bir sisteme ihtiyacınız var çünkü bu reaksiyon çok karmaşık olabilir – çok sayıda atom söz konusu olduğunda, hangi bağı bu kadar küçük bir ölçekte kırdığınızı bilemeyebilirsiniz” dedi. Kimyasal bir bağı kırmada “Bu sistemin tasarımı tüm süreci basitleştirdi ve bilinmeyeni netleştirdi” dedi.

Referans: Pengcheng Chen, Dingxin Fan, Yunlong Zhang, Annabella Selloni, Emily A. Carter, Craig B. Arnold, David C. Dankworth, Steven P. Rucker, James R. Chelikowsky ve Nan tarafından “Mekanik kuvvetlerle ilişkisel bir bağı kırmak” 24 Eylül 2021, Doğa İletişimi.
DOI: 10.1038/s41467-021-25932-6

Çalışmanın baş yazarları, PRISM’de yardımcı araştırma uzmanı olan Pengcheng Chen ve Ph.D. Dingxin Fan idi. Texas-Austin Üniversitesi’nde öğrenci. Yao’ya ek olarak, diğer ilgili yazarlar Annandale, New Jersey’deki ExxonMobil Araştırma ve Mühendislik Şirketi’nden Yunlong Zhang ve UT Austin’de profesör olan James R. Chelikowsky idi. Arnold’un yanı sıra, diğer Princeton ortak yazarları, David B. Jones Kimya Profesörü Annabella Selloni ve Enerji ve Çevre alanında Gerhard R. Andlinger ’52 Profesörü Emily Carter’dı. ExxonMobil’den diğer ortak yazarlar David Dankworth ve Steven Rucker’dı.

Bu çalışma, kısmen, Andlinger Enerji ve Çevre Merkezi’nin Princeton E-bağlı Ortakları Ortaklığı üyeliği aracılığıyla ExxonMobil tarafından desteklenmiştir. Princeton Üniversitesi’nin Görüntüleme ve Analiz Merkezi, kısmen Ulusal Bilim Vakfı Malzeme Araştırma Bilimi ve Mühendisliği Merkezi olan Princeton Karmaşık Malzemeler Merkezi tarafından desteklenmektedir. Welch Vakfı ve ABD Enerji Bakanlığı tarafından ek destek sağlandı.

.

Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.