به تازگی محققانی از آلمان مقاله‌ای در نشریه نیچر به چاپ رساندند که در آن جزئیات ساخت نانوحلقه‌هایی درج شده که می‌توان از آن برای تولید مواد جدید در رشته شیمی استفاده کرد.
نانوحلقه‌ها؛ واحدهای سازنده جدید دنیای شیمی
ترکیبات ساندویچی ترکیبات شیمیایی ویژه‌ای هستند که به عنوان بلوک‌های اصلی ساختمانی در شیمی آلی‌فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرند. تاکنون ساختار آنها همیشه خطی بوده است.
به تازگی، محققان انستیتوی فناوری کارلسروهه (KIT) و دانشگاه ماربورگ کمپلکس‌های ساندویچ انباشته شده را به شکل یک حلقه به اندازه نانو ساخته‌اند. درادامه کار، خواص فیزیکی و سایر خصوصیات این ساختارهای سیکلوسن بیشتر مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نتایج این یافته‌ها در نشریه Nature به چاپ رسیده است.
کمپلکس‌های ساندویچ حدود ۷۰ سال پیش ساخته شده و ساختاری شبیه به ساندویچ دارند. دو حلقه آلی آروماتیک مسطح (دو برش مجزا از نان را در نظر بگیرید) با یک اتم فلزی مرکزی در میان این دو حلقه پر شده است. مانند برش‌های نان، هر دو حلقه به صورت موازی مرتب شده اند. با اضافه کردن لایه‌های بیشتر به این ساختار و پرکردن فضای میان لایه‌ها، ساختارهای ساندویچی سه‌گانه یا چندگانه تولید می‌شود.
پروفسور پیتر روسکی از موسسه شیمی معدنی انستیتوی فناوری کارلسروهه می‌گوید: «این ترکیبات از مهمترین کمپلکس‌های مورد استفاده در شیمی آلی فلزی هستند. یکی از آنها فروسن بسیار پایدار است که ارنست اتو فیشر و جفری ویلکینسون در سال ۱۹۷۳ جایزه نوبل شیمی را برای ارائه این ساختارها دریافت کردند. فروسن شامل یون آهنی و دو حلقه آلی آروماتیک پنج عضوی است. از آن در کاتالیزورها، الکتروشیمی و شیمی پلیمری استفاده می‌شود.»
مدتی است که محققان انستیتوی فناوری کارلسروهه و دانشگاه ماربورگ سعی کرده‌اند کمپلکس‌های ساندویچی را در قالب یک حلقه در آورند. روسکی می‌گوید: «ما موفق به تولید زنجیرها شدیم، اما هیچ حلقه‌ای نداشتیم.»
پروفسور مانفرد کاپس می‌گوید: «به لطف انتخاب ساختارهای حلقه آروماتیک مناسب ما اکنون موفق شده‌ایم حلقه‌های در ابعاد نانو ایجاد کنیم.»
این نانوذرات جدید از ۱۸ بلوک ساختمانی تشکیل شده و قطر بیرونی آن ۳٫۸ نانومتر دارد. این ترکیب شیمیایی جدید توسط محققان “سیکلوسن” نامیده شد.
سه گروه کاری محاسبات شیمیایی کوانتومی دقیقی را انجام دادند تا دریابند که چرا مولکول‌ها می‌توانند در یک حلقه چیده شوند و دیگر زنجیره‌ای از کمپلکس‌های ساندویچی را تشکیل ندادند. این محاسبات نشان داد که نیروی محرک برای تشکیل حلقه، انرژی به دست آمده از بسته شدن حلقه است.
ایم روسکی می گوید: «چالش ما در ابتدا ایجاد حلقه بود. آیا می‌توان حلقه‌های دیگری را نیز تولید کرد؟ آیا این نانوساختار دارای خصوصیات فیزیکی غیرمعمول است؟ این موضوع تحقیقات بیشتری نیاز دارد.»