محققان با رشد اتم‌های کبالت روی حلقه مولکول‌های آلی، موفق به تولید ساختاری شدند که کاربردهای متنوعی در بخش کاتالیست و محاسبات کوانتومی دارد.
یک گردنبند نانویی با کاربردهای متنوع صنعتی ساخته شد
نانوخوشه‌ها (NCs) مواد بلوری هستند که به طور معمول در مقیاس نانومتر وجود دارند. آن‌ها از اتم‌ها یا مولکول‌ها در ترکیب با فلزاتی مانند کبالت، نیکل، آهن و پلاتین تشکیل شده‌اند و کاربردهای جالبی در زمینه‌های متنوع از جمله تحویل دارو، کاتالیزور و تصفیه آب پیدا کرده‌اند.
کاهش اندازه نانوخوشه می‌تواند فرصت‌های بیشتری در صنعت ایجاد نماید و این امکان را برای فرآیندی مانند کاتالیست تک‌اتمی فراهم می‌کند. در این حوزه، هماهنگی مولکول‌های آلی با اتم‌های فلزی امکان عملکرد بیشتری را فراهم می‌کند.
یکی از رویکردها برای ساخت چنین نانوخوشه‌های کوچکی، اضافه کردن اتم‌های فلزی به فیلم‌های خودمونتاژ شونده است. به تازگی محققان دانشگاه چیبا موفق شدند اتم‌های کبالت را روی آرایه‌های حلقه مولکولی در دمای اتاق ایجاد کنند.
دکتر یامادا در مورد این دستاورد می‌گوید: «با این روش می‌توان نانوخوشه‌های کاربردی را با دقت در مقیاس اتمی تولید کرد که این نتایج برای توسعه کاتالیزورهای بسیار کارآمد یا در محاسبات کوانتومی قابل استفاده است.»
در این پروژه، این تیم از ساختارهای مولکولی حلقه ای شکل به نام “اترهای تاجی” استفاده کردند که حاوی حلقه های بنزن و برمین است. از این ساختار برای رشد نانوخوشه‌های کبالت در سطح مس مسطح استفاده شد. نانوخوشه های کبالت حاصل دارای دو اندازه ، ۱٫۵ نانومتر و ۳٫۶ نانومتر بودند. برای درک بیشتر خصوصیات و ساختار آن‌ها، از روش‌هایی نظیر میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی با دمای پایین (STM )، طیف سنجی فوتوالکترون (ARPES)، پراکندگی الکترون با انرژی کم (LEED) و نظریه عملکرد چگالی استفاده شد.
تجزیه و تحلیل این ساختار نشان داد که سایت‌هایی پایدار برای اتصال کبالت ایجاد شده است. همچنین این سایت‌ها تحت تأثیر هیبریداسیون بین اترهای تاجی و کبالت قرار گرفته است. هنگامی که اتم کبالت به دام افتاد، مانند یک مرکز هسته عمل کرده و سایر اتم‌های کبالت را برای تشکیل نانوخوشه جذب می‌کند. علاوه بر این، بر خلاف رفتار معمول مولکول‌های اتر تاجی در محلول، این مولکول‌ها اتم فلزی را در مرکز حلقه تاج به دام نمی اندازند. در عوض، اتم فلزی به دلیل وجود اتم های برمین در آن مکان به سمت لبه‌ها می‌رود.
