Группа химиков из Индианского университета синтезировала сложную органическую молекулу, способную к самосборке в объемные кристаллические структуры, имеющие форму цветка. Подобные органические структуры могут быть использованы при создании высокоэффективных солнечных элементов. Результаты работы опубликованы в Chemistry A European Journal.

Молекула представляет собой три попарно чередующиеся между собой карбазольные и триазольные группы, соединенные в единый цикл, для краткости авторы называют ее «трикарб». Для синтеза трикарба исследователи использовали очень элегантный метод, представляющий собой одновременно и one-pot синтез (метод синтеза, при котором все превращения реагентов происходят в одном и том же реакционном сосуде, что позволяет понизить потери на выделении и очистке всех промежуточных продуктов), и клик-химию (синтез веществ путем соединения между собой отдельных маленьких элементов).

Упаковка молекул трикарба. Изображение: Indiana University

Для образования наиболее энергетически выгодного состояния циклические молекулы трикарба выстраиваются в упорядоченные трехмерные структуры. Ученые изучили эти структуры с помощью сканирующей туннельной микроскопии высокого разрешения и выяснили, что молекулы укладываются в форме цветка. Центральная часть этого цветка соответствует полости внутри молекулы; она способна очень эффективно захватывать различные объемные анионы (такие, как PF6-).

Сканирующая туннельная микроскопия высокого разрешения трикарба, осажденного на подложку. Между цветками молекул трикарба расположены молекулы растворителя. Изображение: S. Lee et al. DOI: 10.1002/chem.201503161

По мнению доктора Амара Флуда, одного из авторов данной публикации, понимание механизмов самосборки и способность управлять ими являются ключевыми шагами в создании органической электроники, в том числе высокоэффективных солнечных батарей.

Национальный научный фонд для развития исследований в области самоорганизующихся молекул и компьютерного моделирования этих процессов наградил исследовательские группы из Индианского университета грантом размером 1,2 миллиона долларов. Команда планирует потратить средства для создания теоретической модели и программного обеспечения, позволяющих в режиме «виртуального эксперимента» определить структуру, в которую будут упаковываться сложные молекулы. Это избавит ученых от необходимости использовать метод проб и ошибок для определения потенциально удачных молекул для создания двухмерных или объемных упорядоченных структур.

Автор: Евгений Анохин