Молекулярна самозбірка в даний час є одним з найбільш часто використовуваних методів виготовлення поверхні наноструктур. Наступним рубежем у виготовленні молекулярних нанопристроїв є здатність динамічно контролювати структурно-функціональні властивості наноструктур за потреби, а оборотне утворення водневих зв’язків є поширеним механізмом контролю молекулярної збірки в біологічних системах. А двовимірні супрамолекулярні мережі, засновані на нековалентних взаємодіях (наприклад, Н-зв'язок), створюють добре організовані та потенційно перемикаються інженерні наноструктури. Однак досягнення передбачуваної оборотності в штучних двовимірних (2D) матеріалах залишається серйозною проблемою.
Нещодавно професор Фернандо П. Кометто та його команда з Лабораторії молекулярної нанонауки та IPHYS Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL) змогли використати скануючу тунельну мікроскопію, щоб викликати перемикання водневих зв’язків Двовимірні мережі з використанням зовнішнього електричного поля (EEF) на межі розділу тверде/рідина. Ефект перемикання зовнішнього електричного поля було проаналізовано шляхом систематичного варіювання взаємодії між молекулами (тобто сили водневих зв’язків), а також взаємодії між молекулами та субстратом за допомогою теорії функціоналу густини та моделювання молекулярної динаміки. Шляхом налаштування здатності до водневих зв’язків будівельних блоків, а також властивостей підкладки та зарядів, властивості перемикання індукувалися або заморожувалися, а кінцевий поліморфний вихід двовимірної мережі контролювався. Мета полягає в тому, щоб надати уявлення про проектування та керування оборотними молекулярними вузлами у 2D-матеріалах із перспективним застосуванням у широкому діапазоні галузей, таких як датчики та електроніка.
Результати показують, що ефект перемикання не є внутрішнім, а пов’язаний із загальною енергетичною перспективою системи адсорбент/субстрат у різних експериментальних умовах. У цьому експерименті обговорюється важливість взаємодії міжмолекулярних Н-зв’язків для механізму перемикання шляхом заміни груп -COOH (BTB на C3-Ald) групами -CHO. Ця модифікація функціональної групи послаблює міжмолекулярні Н-зв’язки та запобігає експресії пористих структур на основі СНО, тим самим перешкоджаючи переходу від стабільних щільно упакованих структур до потенційно нестабільних пористих мереж. Команда також виявила, що утворення поляризованих видів корелює з динамікою обертання карбоксилатів і протонного обміну, динамічної ситуації під впливом прикладеного електричного поля, яке сприяє переключенню молекули на найбільш стабільну структуру на основі полярності поверхні.
Кінетика реакції починається з кількох процесів Н-обміну між групами димер-СООН і обертанням карбоксильних груп, що відбуваються
Підводячи підсумок, ця робота дає уявлення про дизайн і керування оборотними молекулярними вузлами в двовимірних матеріалах, використовуючи їх потенційне застосування в широкому діапазоні галузей, включаючи датчики та електроніку.
