Исследователи из Канады и США продемонстрировали возможность упорядоченной организации на металлической поверхности коротких цепей коммерчески важных электропроводящих полимеров.

Исследователям удалось получить системы
олигомеров, в которых содержится от двух
до четырнадцати структурных звеньев,
расположенных вблизи друг от друга.
(Рисунок из Proc. Natl Acad. Sci. USA,
2010, DOI:10.1073/pnas.1000726107)

Исследование важно, поскольку взаимное расположение молекул электропроводящих полимеров может оказать существенное влияние на их электронные свойства.

Исследователи уверены в том, что результаты их работы являются существенным этапом в создании плоских мономолекулярных слоев таких молекул. Такие системы могут стать аналогами графена – двумерной кристаллической решетки, состоящей из атомов углерода, обладающей целым рядом уникальных физических, химических и электронных свойств.

Для роста полимерной пленки исследователи использовали подложку из кристаллической меди и поли-3,4-этилендиокситиофен [poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT)], один из наиболее распространенных полимеров, обладающих проводимостью. Молекулы прекурсора, осаждающиеся на поверхность меди играют двойную роль – шаблона, управляющего дальнейшим направлением роста полимера и катализатора, активирующего процесс полимеризации.

Сканирующая туннельная микроскопия показала, что молекулы мономера, являющиеся прекурсором для полимера, выстраиваются в длинную цепь на поверхности кристалла меди, на первом этапе мономеры оставались несвязанными химическими связями. При инициировании процесса полимеризации и образовании химических связей между структурными звеньями ряд растущих цепей ориентируются параллельно, в результате чего исследователи смогли получить системы параллельно расположенных и контактирующих друг с другом олигомеров, состоящих из 2–14 3,4-этилендиокситиофеновых структурных звеньев.

Работавший над проектом Федерико Росеи (Federico Rosei) из Университета Квебека отмечает, что результатом работы является демонстрация возможности структурного упорядочения сопряженных полимеров. В настоящее время исследователи работают над способами получения более длинных цепей, а также планируют модифицировать прекурсор таким образом, чтобы его полимеризация приводила к образованию не параллельных сетей, а сшитых двумерных полимеров, которые впоследствие можно было бы отделить от поверхности меди. Росеи добавляет, что главная цель исследования ¬ создать аналог графена, состоящий из более сложных строительных блоков.

Колин Рэстон (Colin Raston) из Университета Западной Австралии подчеркивает, что новая работа может стать основой разработки методов получения различных систем из токопроводящих полимеров, позволяющих добиваться контроля длины цепи и стереохимии образующихся систем на таком уровне, которого невозможно достичь при получении этих же полимеров в растворе. Он также добавляет, что работа также может внести свой вклад в изучении селективности реакций кросс-сочетания за счет создания комбинаторных библиотек продуктов взаимодействия мономеров с медью, другими металлами и, возможно, их сплавами.

Источник: Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2010, DOI:10.1073/pnas.1000726107