A-Z ELEKTRO září / říjen 2020

VĚDA A VÝZKUM září/říjen 2020 | A-Z ELEKTRO | 93 Regionální centrum pokročilých technologií a materiálů Šlechtitelů 27, 783 71 Olomouc Tel.: (+420) 585 634 973 , Email: rcptm@upol.cz www.rcptm.com Facebook: https://www.facebook.com/rcptmcz Twitter: https://twitter.com/RCPTM1 N ová syntetická strategie překo- nává tradiční postupy organické syntézy. Na jejím vývoji se podíleli vědci z Regionálního centra pokročilých tech- nologií a materiálů (RCPTM) Univerzity Palackého v Olomouci a Fyzikálního ústavu AV ČR společně s pracovníky madridského výzkumného centra IMDEA Nanociencia. „Nový postup nám umožňuje přípravu nových polymerů a zároveň nabou- rává dosavadní představy o reakčních mechanismech,“ okomentoval dosa- žené výsledky Pavel Jelínek z RCPTM a Fyzikálního ústavu AV ČR. Nová strategie umožní syntézu dosud nedostupných polymerů Perspektivním směrem přípravy no- vých nanomateriálů na bázi organických molekul je chemická syntéza na površích pevných látek, která umožňuje přípravu vodivých organických polymerních slou- čenin nedostupných klasickými postupy organické syntézy. Zatímco většina chemických reakcí pro vytvoření nové chemické sloučeniny vyžaduje překonání určité energetické bariéry, nová strategie umožňuje cíleně využívat i vhodné vnitřní vibrace molekulárních jednotek pro jejich překonání. „V článku jsme ukázali, že specific- kému vnitřnímu uspořádání vazeb, tzv. π-konjugaci, molekul vstupujících do reakce odpovídají určité vibrační stavy, které mohou být výhodné pro požado- vanou chemickou reakci. Ty následně výrazně zvyšují frekvenci pokusů pro překonání energetické bariéry a umož- ňují chemickou reakci, která by byla dříve vyloučena,“ uvedl korespondenční autor práce Bruno de la Torre z RCPTM a Fyzikálního ústavu AV ČR. Studie mezinárodního týmu tak od- haluje význam interních molekulárních vibrací pro pochopení chemických reakcí na površích pevných látek. Proveditelnost chemické reakce je dána dvěma faktory – bariérou aktivační energie reakce a frek- vencí vibračních módů, které umožňují energetickou bariéru překonat. Nová alternativa – urychlení některých chemických reakcí Současný popis rychlosti chemických reakcí je založen na tzv. teorii přechodo- vého stavu, která ve své základní formě definuje rychlost reakce pouze na zá- kladě velikosti aktivační energie. Většina chemiků se proto zaměřila na studium bariér aktivační energie ve snaze je snížit tak, aby chemická reakce mohla úspěšně proběhnout. V praxi se běžně využívá zvý- šení teploty nebo přidání katalyzátoru. Jako další alternativa se nyní nabízí mož- nost urychlit některé chemické reakce zvýšením četnosti pokusů o překonání energetické bariéry. „Kombinací mikroskopických expe- rimentů a teoretických výpočtů jsme potvrdili, že volbou specifické formy π-konjugace reaktantu, tedy molekuly vstupující do reakce, lze dosáhnout vibračních režimů, které významně zvyšují frekvenci pokusů a umožňují dříve vyloučenou chemickou reakci,“ objasnil doktorand Adam Matěj z RCPTM a Fyzikálního ústavu. Vědci určili přesně elektronovou strukturu polymeru Dalším přínosem práce je skutečnost, že výzkumníci s využitím mikroskopie atomárních sil s vysokým rozlišením dokázali přesně určit elektronovou strukturu polymeru. „Objasnění elek- tronové struktury organických vodivých nanomateriálů je zásadní pro pochopení jejich vlastností například vodivosti. Nové metody povrchové syntézy pak otevírají cestu pro cílenou syntézu organických polymerů s požadovanou vodivostí,“ dodal Michal Otyepka z RCPTM. Nová syntetická strategie založená na využití konkrétních vibračních režimů prostřednictvím vhodného přizpůsobení π-konjugace prekurzorů tak může pod- nítit inženýrství dříve neproveditelných reakcí nových molekulárních struktur se specifickými chemickými a fyzikálními vlastnostmi. Nahoře, schéma dvoustupňové chemické reakce, která umožňuje syntézu žebříčkového polymeru (model vpravo). Dole: Obrázek pořízený rastrovacím mikroskopem s vysokým rozlišením ukazující chemickou strukturu meziproduktu (vlevo) a konečného (vpravo) žebříčkového polymeru. Čeští vědci ve spolupráci s kolegy ze Španělska představili v prestižním časopise Nature Communications nový druh polymerů, které byly dosavadními přístupy nedostupné. Ty mohou v budoucnu sehrát významnou roli při návrhu nových komponentů pro nanoelektroniku, jako jsou nové displeje. Zároveň výzkumníci prokázali, že vibrace molekul významně ovlivňují průběh reakcí na površích pevných látek a lze je využívat pro cílenou syntézu vodivých polymerů.