Inorganic isomerism uncovered in cadmium sulfide clusters — ABC Chemicals

Нанокристаллы CdS обратимо переходят между «вюрцитоподобными» и «цинковыми обманками» за один этап

Ученые в США и Израиле зафиксировали ранее невиданный переход в неорганическом кластере — изменение, похожее на изомеризацию в органических соединениях. Ури Банин из Еврейского университета в Иерусалиме говорит, что кластеры CdS представляют собой «последний мост» между нанокристаллами и молекулами. «Теперь мы знаем, что если вы сократите неорганический материал достаточно маленьким, он может действовать как органическая молекула», — добавляет сотрудник Banin Ричард Робинсон из Корнелльского университета. «Последствия этого огромны».

В объемных кристаллических материалах структурные изменения происходят посредством фазовых превращений, которые начинаются с событий зарождения и затем распространяются через материал. На другом конце шкалы длины изомеризация малых молекул происходит за один последовательный этап. CD37S20 Кластеры, которые изучали Банин и Робинсон, существуют между этими двумя крайностями и обладают свойствами обоих. «Примечательно, что [кластер] превращается между двумя« изомерами », или« фазами », согласованно, обратимо», — говорит Банин Мир химии.

Inorganic isomerism uncovered in cadmium sulfide clusters - ABC Chemicals

Открытие произошло, когда Робинсон посетил Банина в Иерусалиме, и его докторант Кертис Уильямсон прислал образец их новых кластеров. В Израиле ученые обнаружили, что кластеры поглощают ультрафиолетовый свет с другой длиной волны, чем ожидалось. Убедившись, что это действительно правильный образец, они поняли, что образец изменился во время полета, что «вызвало каскад вопросов и экспериментов», говорит Робинсон.

Вернувшись в Корнелл, команды Робинсона и Тобиаса Ханрата сделали кластеры высокой чистоты, которые поглощали на 324 нм, которые они называли α-Cd.37S20, После воздействия тонкой пленки этих кластеров на пары метанола этот пик уменьшился, и появился другой узкий пик поглощения при 313 нм, который они называли β-Cd.37S20, Нагревание для продувки метанолом переключило структуру обратно, и ученые повторили изменение несколько раз, измеряя скорость переключения. 

Inorganic isomerism uncovered in cadmium sulfide clusters - ABC Chemicals

Исследователи разрешили кристаллические структуры изомеров с помощью полного рассеяния рентгеновских лучей, используя расширенный анализ функции парного распределения для точного определения местоположения атомов. Они показали, что α-изомер имеет «вюрцитоподобную» структуру, а β-изомер имеет «цинковую обманку». Ханрат отмечает, что хотя кластеры не очень похожи на объемные фазы, это структурное изменение похоже на фазовый переход между гексагональной и кубической кристаллическими формами CdS. 

Ученые также показали, что метанол запускает изомеризацию, изменяя расположение карбоксилатных лигандов на поверхности. Это, кинетика первого порядка и отсутствие каких-либо промежуточных состояний между α и β формами, указывают на то, что изменение происходит в одном, когерентном, изомеризационном шаге, который Ханрат называет «откровением».

«Это красивая химия, — говорит Бренд Коссаерт из Вашингтонского университета. «Это явление находится между двумя хорошо понятыми мирами: твердо-твердые превращения и молекулярные изомеризации». По словам Коссаэрта, команда предоставляет «убедительные доказательства когерентной структурной изомеризации в неорганическом нанокластере».

Робинсон ожидает найти аналогичные одношаговые преобразования в других полупроводниковых и металлических кластерах, поскольку инициирование на поверхности может иметь отношение к другим материальным системам. Он предупреждает, что приложения трудно предвидеть, но говорит, что они могут использоваться в качестве переключателей между двумя состояниями и восприятием. Кроме того, преобразование может помочь получить более крупные нанокристаллы. «Непосредственное время решения такой трансформации было бы увлекательным, хотя и довольно сложным», — добавляет Робинсон. «Мы ожидаем, что это произойдет в 100fs времени».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *