日德科学家提出具有导电性能的自组织纳米结构

摘要：在寻找有用材料的过程中，值得仔细研究最小的结构：纳米级材料有时具有独特的性质，例如在电导率方面。这些包括纳米碳，如球形 C60分子、纳米管和二维石墨烯。理论考虑还预测了由碳环制成的带状化合物的有趣特性。例如，它们可以用作光电元件或“自修复材料”，其分子自组装成

实验室内部一览：明斯特团队使用扫描隧道显微镜检查了纳米带的吸附行为。© Uni MS - Harry Mönig

在寻找有用材料的过程中，值得仔细研究最小的结构：纳米级材料有时具有独特的性质，例如在电导率方面。这些包括纳米碳，如球形 C60分子、纳米管和二维石墨烯。理论考虑还预测了由碳环制成的带状化合物的有趣特性。例如，它们可以用作光电元件或“自修复材料”，其分子自组装成规则结构。一个日德研究小组，包括来自明斯特大学有机化学研究所和物理研究所的科学家，现在已经制备并分析了这种碳纳米带。

纳米带本身已经经常被合成，但新的纳米带首次含有噻吩，这是一种由四个碳原子和一个硫原子组成的环状化合物。 “噻吩基材料除其他用途外，还用作半导体。我们现在已经证明噻吩可以集成到纳米带中，”明斯特化学家 Bart Jan Ravoo 教授强调道。尽管纳米带尚未应用，“但每一次成功的合成都使我们更接近生产定制光电元件化合物的目标。”

形成的分子不带电但极化强烈，因为所有硫原子都在带的同一侧。这导致分子在晶体化合物中相互吸引非常强烈，并以柱状堆叠，使其成为在表面上创建大型有序结构的理想选择。“在金和铜上的结果出人意料地不同，”物理学家 Harry Mönig 博士说。“在金表面上，分子聚集在原子台阶边缘，硫原子指向表面。相比之下，在铜上，分子聚集在平坦晶面上的大岛上。在这种情况下，硫原子指向远离表面的方向。”

合成是在名古屋大学（日本）进行的，从已知化合物开始，仅需一步即可获得非常高的产量。得益于日德交流项目“明斯特-名古屋国际研究培训小组”（IRTG 2678），明斯特在表面化学领域的专业知识得到了充分的利用：该团队首次成功蒸发分子，以便在无溶剂条件下对表面进行分析。明斯特团队使用扫描隧道显微镜研究了分子在各种金属表面上的吸附行为。在此过程中，他们揭示了亚分子范围内的结构，并展示了分子之间或分子与相应表面之间的相互作用。实验研究得到了理论模拟的补充。

日本学术振兴会、日本文部科学省和德国研究基金会为这项工作提供了资金支持。