Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Nye molekylære sommerfugler bidrar til å fremme energiforskning

Anonim

Tenk deg en familie av sommerfugler som flirter rundt i et kontrollert laboratorium.

annonse


Unntatt er sommerfuglene ikke egentlig sommerfugler. De er molekyler designet og produsert ved Florida State University som nye funksjonelle materialer som har et bredt spekter av applikasjoner fra molekylære sensorer til lysstyrende enheter.

Dette er scenen i lektor i kjemisk og biomedisinsk ingeniør Biwu Ma's laboratorium ved Florida State University, hvor han og assisterende professor i vitenskapelig databehandling Chen Huang jobber sammen for å skape helt nye materialer.

Publisert i Angewandte Chemie og omtalt på tidsskriftets frontdeksel, beskriver Ma og Huang hvordan disse rasjonelt utformede molekylære sommerfuglene kan avgi forskjellige farger - blå, rød og hvit ved kontroll. Disse fargene oversetter til ulike energinivåer, som kan brukes på flere måter.

Med disse nøyaktig utformede molekylene planlegger laget også å lære å bedre kontroll og styre større mengder energi, og konvertere fotoenergi til lys, elektrisitet, varme eller til og med molekylær bevegelse etter ønske. Deres forskningsinnsats vil føre til utvikling av bedre materialer og mer effektive enheter, som sensorer, lyspærer og solcellepaneler.

"Vi kunne utvikle nye funksjonelle materialer med veldefinerte strukturer og skreddersydde egenskaper på en rasjonell måte ved å kombinere eksperimentell og beregningsmessig kompetanse, " sa Ma. "Og vi har skapt disse nye molekylene som oppfører seg akkurat slik vi vil. Vi kaller det materialer ved design."

I fjor skrev Ma i samme tidsskrift om den første molekylære sommerfuglen han hadde opprettet i sitt laboratorium.

Han hadde oppdaget at det kunne "klappe sine vinger" for å skape to tilstander for fotokspensivisering, en prosess som kalles fotoinducerte strukturelle forandringer, noe som fører til dobbel utslipp av blått og rødt i et visst forhold. Vanligvis har et molekyl bare en opphisset tilstand og sender ut ett fargelys. Det faktum at denne molekylen gjorde begge gjorde det svært unikt.

Så, hva ville skje hvis det var en familie av molekyler, undret Ma og Huang.

Ma, ansatt av FSU i 2013, og Huang, ansatt i 2014, har forskjellige fokuser. Ma er en eksperimentalist, som betyr akkurat hva du synes. Han liker å gå inn i laboratoriet og begynne å lage materialer for å se hva som skjer. Huang, derimot, er en teoretiker som betyr at han fokuserer på de matematiske ligningene og bakgrunnen til hvorfor materialer fungerer som de gjør.

De satte på å kombinere deres forskjellige bakgrunner for å begynne å justere den opprinnelige molekylære forbindelsen som skapte den første sommerfuglen. Til slutt endte de opp med å skape flere molekyler som varierte like mye fra sine brødre og søstre i kjemisk sammensetning og størrelse.

Huang sa med beregningsverktøy at de kunne oppdage hvordan de skulle utformes for disse nye molekylene og få dem til å handle akkurat slik de ønsket. De kan skape forskjellige bølgelengder av energi på forskjellige tidspunkter, bare avhengig av molekylernes utforming.

"Det er et spørsmål om grunnleggende forståelse av struktur og eiendom forhold, " Huang sa. "Med kraftige beregningsverktøy kan vi få innblikk i hvordan molekylære egenskaper bestemmes av strukturen og komme opp med molekylære designreglene."

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Florida State University . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Chenkun Zhou, Yu Tian, ​​Zhao Yuan, Mingu Han, Jamie Wang, Lei Zhu, Maliheh Shaban Tameh, Chen Huang, Biwu Ma. Presis design av fosfororescerende molekylære sommerfugler med Tunable Photoinduced Structural Change og Dual Emission . Angewandte Chemie International Edition, 2015; DOI: 10.1002 / anie.201506195