Ученые научились управлять электронами в молекулах с помощью рентгена
Специалисты ИФХЭ РАН с коллегами из РХТУ имени Д. И. Менделеева, ИСПМ РАН и ИНЭОС РАН исследовали валентную таутомерию в монослоях бис-фталоцианиновых комплексных соединений европия и самария на границе раздела воздух-вода. Впервые с помощью одновременной регистрации оптических спектров поглощения и XANES-спектров были доказаны перенос электрона с лиганда на центральный атом металла при формировании монослоя и обратный перенос электрона с центрального атома на лиганд — при сжатии монослоя. Также впервые выявлена и стимулирующая роль рентгеновского излучения в таких процессах. Технология может стать основой для «молекулярных компьютеров» и адаптивных покрытий, реагирующих на излучение.
Изученные в работе бис-фталоцианинаты европия и самария похожи на сэндвич: между двумя плоскими органическими лигандами (фталоцианиновые макроциклы) «зажат» атом металла (европия или самария). Центральный атом металла в таких соединениях, растворенных в органических растворителях, находится в своей высшей степени окисления (+3). Целью данной работы было обнаружить переход электрона с лиганда на атом металла (при этом степень окисления металла уменьшается до +2) и обратно при формировании монослоев исследуемых соединений и при их сжатии или облучении.
При нанесении раствора бис-фталоцианинатов самария или европия в хлороформе на поверхность воды формируется слой комплексного соединения толщиной в одну молекулу (монослой) и происходит внутримолекулярный перенос электрона с лиганда на центральный ион металла. «Как правило, 3D- соединения с двухвалентными европием и самарием стабильны исключительно в инертной атмосфере, — отметил один из авторов работы, инженер-исследователь лаборатории физической химии супрамолекулярных систем ИФХЭ РАН Андрей Аракчеев. — На воздухе двухвалентные европий и самарий легко окисляются и переходят в трехвалентное состояние. В нашем случае благодаря валентной таутомерии в 2D-ансамбле на границе раздела воздух/вода удается получить стабильные на воздухе соединения, в которых самарий и европий находятся в степени окисления +2».
Валентная таутомерия возникает из-за того, что молекула в монослое ориентируется особым образом: одна фталоцианиновая палуба погружена в воду, а вторая находится на воздухе. Из-за неэквивалентного окружения палуб электрон с лиганда переходит на центральный атом металла. При сжатии монослоя с помощью подвижных барьеров, которые уменьшают доступную для молекул поверхность воды, молекула поворачивается «на ребро» и оба фталоцианиновых макроцикла оказываются частично погруженными в воду. При этом происходит обратный внутримолекулярный перенос электрона от металла к лиганду, и центральный ион окисляется до степени окисления +3.
Для того, чтобы доказать этот переход, был проделан комбинированный эксперимент. Синхротронные исследования монослоев на поверхности воды методом рентгеновской спектроскопии вблизи края поглощения (XANES) впервые были дополнены методом оптической спектроскопии в УФ-видимом диапазоне. Рентгеновский и оптический детекторы были установлены так, что они одновременно анализировали ту часть монослоя, которая находилась под рентгеновским пучком. В результате удалось получить полную информацию о состоянии как лиганда (с помощью оптической спектроскопии), так и металлоцентра (с помощью XANES-спектроскопии).
В работе впервые было обнаружено, что фотоионизация катиона рентгеновским излучением может приводить к валентной таутомерии.
«Изучение двух записанных одновременно спектров показало, что рентгеновское излучение привело к обратной таутомерии – выбиванию электрона с металлоцентра и переходу его на лиганд», — сказал Андрей Аракчеев.
Чтобы оценить, как на таутомерные превращения влияет сжатие монослоя, потребовались дополнительные эксперименты.
«Дальнейшая работа заключалась в определении условий, при которых исследуемые монослои могут быть перенесены на твердые подложки методом пленок Ленгмюра-Блоджетт, — объяснил Андрей Аракчеев. – Поскольку мы уже выяснили, что рентгеновский пучок синхротрона инициирует валентную таутомерию и без сжатия монослоя, то для того, чтобы оценить воздействие сжатия, при изучении пленок мы применили фотоэлектронную рентгеновскую спектроскопию с более мягким рентгеновским излучением. Изучая пленки, сформированные из монослоев при разном поверхностном давлении, нам удалось доказать перенос электрона от металла к лиганду при сжатии монослоев бис-фталоцианинатов самария и европия».
Тонкие эффекты, которые изучает современная химия для дальнейшего использования в высоких технологиях, часто связаны с перераспределением электронов внутри молекулы. От этого распределения зависит взаимодействие между молекулами, определяющее многие физические свойства вещества. Валентная таутомерия – интересный пример того, как при неизменной химической структуре молекул физические свойства вещества (оптические свойства, электропроводность или магнитное поведение) меняются из-за внутримолекулярного переноса электрона между лигандом и металлом.
Молекулярные переключатели, подобные изученным в данной работе, представляют большой интерес для супрамолекулярной химии, поскольку они являются перспективной основой для молекулярной электроники. «Мы показали еще один способ управлять свойствами супрамолекулярных ансамблей – с помощью фотоионизирующего излучения, в качестве которого может выступать как жесткое рентгеновское излучение, так и, в перспективе, мягкий ультрафиолет», — подвел итог Андрей Аракчеев.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK Дистанционное зондирование из космоса выявило 280 гигантских каменных кругов, разбросанных по пустыне Атбай в Судане. Исследователи пришли к выводу, что это погребальные сооружения, оставленные исчезнувшей культурой скотоводов. Эти люди пасли здесь стада в четвертом-третьем тысячелетии до нашей эры, когда климат в пустыне был более влажным.
Авторы нового исследования выяснили, почему летающие насекомые так не любят чеснок: в нем содержится органическое вещество, подавляющее процесс спаривания и откладывания яиц. Причем мух и комаров отпугивает не запах, а вкус чеснока, поскольку это соединение особым образом воздействует на вкусовые рецепторы.
Хотя сам факт наличия непонятных объектов на снимках, которые американские астронавты сделали на Луне, известен давно, десятилетиями их списывали на химические дефекты светочувствительной эмульсии фотопленки или блики света в линзах камер. Новая публикация на сайте Пентагона признает их реально существующими объектами, хотя и не делает выводов о их природе.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно