NUS (National University of Singapore)의 화학자들은 솔루션에서 2 개의 층 공유 유기 프레임 (COF)의 역동적 인 세트를 상상하여 Moiré Superlattica와 제어 된 스태킹의 형성에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다. 이 연구는 발표되었습니다 자연 화학.
복잡한 구조에서 한 그릴이 다른 그릴과 관련하여 회전하면 전자의 새로운 상관 상이 발생할 수 있습니다. Moiré Superlattica는 “Twistronics”필드의 핵심 개념입니다. 상관 된 전자 단계에서, 전자 간의 상호 작용은 개별 입자로서의 행동이 아니라 그들의 특성에 상당히 영향을 미칩니다. 이것은 강자성 또는 초전도성과 같은 독특한 현상으로 이어질 수 있습니다.
순수한 유기 결정은 순수한 무기 재료로부터 Moiré superlatti의 생성을 보여줄 가능성이 적습니다. 그 이유 중 하나는 Moiré Superlattics의 경우 전통적인 현미경 기술을 사용하여 유기 물질에서 달성하기 어려운 매우 얇고 결정적인 특성이기 때문입니다.
2 차원 공유 유기 프레임 워크 (2D COF)는 가스 저장, 에너지 저장 및 촉매에 적용 할 수있는 잠재력을 가진 매우 다공성 유기 물질이다. 이들 구조는 der valenci에서 쌓인 공유 결합 된 층과 정전기 상호 작용으로 구성됩니다. 그러나, 1 층에서 2 층으로의 전이는 반 데르 발, 정전기 및 수소와 같은 결합력의 복잡한 상호 작용으로 인해 잘 이해되지 않았다.
부적합이 재료의 결정을 감소시킬 수 있으므로 이들 재료의 두 번째 층은 정확하게 정렬되어야합니다. 1 밀리미터보다 하나의 COF를 갖는 결정 생산은 잠재적 결합 오차와 수평 (XY) 및 수직 (Z) 치수로 인해 어렵다.
자전거 문제는 종종 스태킹 중에, 특히 층 간의 회전 불일치가 발생하는 경우에 불일치로 인한 것입니다. 성장 중 스태킹 프로세스를 관찰하는 것은이 메커니즘을 이해하는 데 중요하지만, 이는 프로세스가 솔루션에서 발생하기 때문에 어렵습니다.
불쌍한 결정은 수경법 합성 동안 무작위 적층 및 연결의 생성의 결과이며, 종종 수십 마리의 미세한 미만의 결정 도메인을 초래합니다. 층 스태킹을 더 잘 이해하면 합성 방법을 개선하고 더 큰 COF 결정의 생산을 허용 할 수 있습니다.
모노 -Sloveva 2D 중합체 (2DP)의 합성이 상당한 진전을 이루었지만, 2 층 2DP 묶음의 개발은 여전히 초기 단계에있다. 2D 재료는 개별 층과 다른 특성을 갖는 새로운 재료를 만들기 위해 동의하거나 꼬인 것이기 때문에이 영역은 큰 잠재력을 가지고 있습니다. Twastronics는 무기 재료의 돌파구를 초래했지만 일반적으로 2D 유기 물질에서는 탐구되지 않은 채 남아 있습니다.
합성 및 2 개의 층 티켓의 획기적인 획기적인 티켓
Loh Kiana Ping 교수의지도하에 NUS 화학부의 팀은 액체 기판의 인터페이스에 2 층 넓은 영역이있는 2 층 2D COF를 만드는 기술을 만들었습니다. 화학 분자를 직접 응축 시켰고, 팀은 현미경을 사용하여 용액에서 터널 (STM)을 스캔하여 분자 조립 공정을 페인트하고 1 층과 2 층의 생성을 커버했습니다.
팀은 또한 용매와 분자 구조의 혼합물이 두 층을 쌓는 방식에 영향을 미쳐 두 층의 왜곡 된 스택이 특정 조건 하에서 넓은 영역에서 Moiré superlacttes를 생성 할 수 있음을 보여 주었다.
COF는 매우 다공성적이고 유기적 인 특성으로 인해 공기 또는 UHV (Ultra-Visok Vacuum) 조건에서의 STM 기록에 중요한 도전을 나타냅니다. 경찰관은 종종 COF의 모공을 채우고, 유골은 표면에 포착되어 원자 규모의 기록을 복잡하게 만들 수 있습니다. 표면이 공기에 노출 될 때보 다 깨끗한 용액에서 COF를 직접 상상함으로써 팀은 이러한 도전을 우세했습니다.
솔루션에서 STM의 실행을 통해 자해 분자 프레임의 동적 프로세스를 실시간으로 연구 할 수 있습니다..
Loh Kian Ping, 싱가포르 국립 화학학과 교수 및 연구 관리
Moiré Superlattices 및 제어 된 비틀림 각도
2D 재료와 같은 주기적 구조의 두 층이 약간의 죽이 실패 또는 다른 각도로 쌓이는 경우, Moiré superlattica가 형성됩니다. 이 불일치는 원래 레이어에 존재하지 않는 새로운주기 패턴을 만듭니다. 간단한 비유는 두 세트의 종이 스트립을 쌓고 약간 회전하여 새로운 패턴을 만듭니다.
Moiré Superlattices는 응축 물질 및 물질 과학의 물리학에서 중요합니다. 개별 층에서는 찾을 수없는 독특한 전자 행동 및 속성을 유발할 수 있습니다.
연구원들은 COF의 복잡한 층의 회전 각도를 정확하게 제어하여 Moiré Superlattin을 만들어 특정 전구체 분자를 설계 할 수 있음을 보여주었습니다. 회전 각도가 종종 UNP 인 무기 2D 재료와 달리
연구자들은 푸렌 -2,7- 디포 성산 (27-PDDA)과 PIREN-1,6- 디포 성산 (16면)의 두 가지 다른 단량체를 비교했습니다. 27 폰드의 제 2 층은 제 1 층과 관련하여 비틀거나 복합 AA의 구성에서 정렬 될 수있다. 반대로, 16 마리는 균일 한 Moiré 상부 구조 만 형성했습니다. 이 차이는 정전기 전위의 변화에서 비롯됩니다. 평평한 정전기 전위를 갖는 16 페이지와는 달리, 27-parda는 보록스 고리에 음전하의 엽을 농축하여 꼬인 단계의 형성을 방해 할 수 있습니다.
시사점과 향후 지침
세포 세포의 층으로서 얇은 초고성 유기 필름의 제어 된 합성이 이제 더 잘 이해된다. 정확하게 조절 된 덕트 구조를 갖는 이들 필름은 나노 삭도 응용 분야에서 초소형 여과 층으로서 기능 할 수있다. 또한, 복잡한 COF에서 코너 각도를 조정하는 능력은 빛의 스프레드의 위상을 제어하고 분극을 제어하기위한 새로운 옵션을 열어줍니다.
앞으로 연구원들은이 개념을 다른 화학 결합을 가진 더 넓은 범위의 분자 전구체로 확장하는 것을 목표로합니다. 그들의 목표는 여과 및 광학 재료의 추가 응용 프로그램을 잠금 해제 할 수있는 2 개의 층 티켓의 쌓을 때 비틀기의 모서리에 대한 결정 론적 제어를 달성하는 것입니다.
잡지 참조 :
Zhan, G., et al. (2025) Moiré 2 차원 공유 유기 프레임의 초음파. 자연 화학. doi.org/10.1038/S41557-025-01748-5
원천:
싱가포르 국립 대학교
