Entrapment, Manipulation and Reactions of Molecules at the Nanoscale

纳米尺度分子的捕获、操纵和反应

基本信息

  • 批准号:
    1938907
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2017 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project addresses one of the most fundamental challenges of science related to control of positions, orientations and kinetic energy of molecules at the nanoscale. Innovative methodologies for confinement of molecules in 1D (nanotube) and 2D (graphene) nanomaterials will be developed in this project in order to study their behaviour and to harness their functional properties.Single-walled carbon nanotubes (internal diameter 1-2 nm) are the world's tiniest test tubes which allow effective entrapment of molecules in cylindrical cavities, where degrees of freedom are significantly limited. Fullerenes, for example, employed as a model molecules in previous studies have clearly demonstrated that positions, orientations, translational and rotational motions of the molecules - all are significantly influenced by the host nanotube [Acc. Chem. Res., 2005, 38, 901]. In this project, we shall expand this concept and introduce active control of the molecular behaviour, using the nanotube as a nanoscale conduit of electrons or phonons, or a nano-antenna harvesting electromagnetic radiation and transferring the energy to entrapped molecules. One of the objectives is to trigger and control reactions of the molecules, and to steer their transformations to desired products at the single-molecule level [ACS Nano, 2017, in press, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b08228 ], which can potentially revolutionise the way we study chemical reactions and make materials.The approaches developed for nanotubes in this project will be transferred to molecules entrapped on graphene monolayer or within graphene bi-layer, where the principles of 1D confinement in nanotubes will be expanded and explored in 2D. In particular, intermolecular reactions leading to chain-like or ribbon-like products in 1D [Nature Mater., 2011, 10, 687] will be harnessed for molecules on graphene to construct covalent organic framework (COF) materials with bespoke structure and composition, and tuneable electronic and optical properties, thus addressing one of the most critical challenges of the graphene technology.
这个项目解决了与在纳米尺度上控制分子的位置、取向和动能有关的最基本的科学挑战之一。该项目将开发一维(纳米管)和二维(石墨烯)纳米材料中分子限制的创新方法,以研究它们的行为并利用它们的功能特性。单壁碳纳米管(内径1-2 nm)是世界上最小的试管,可以有效地将分子捕获在圆柱形空腔中,而圆柱形空腔的自由度非常有限。例如,在以前的研究中用作分子模型的富勒烯清楚地证明了分子的位置、取向、平移和旋转运动--所有这些都显著地受到宿主纳米管[ACC]的影响。化学。研究报告,2005,38,901]。在这个项目中,我们将扩展这一概念并引入对分子行为的主动控制,将纳米管用作电子或声子的纳米管道,或使用纳米天线获取电磁辐射并将能量传递给被捕获的分子。其中一个目标是触发和控制分子的反应,并在单分子水平上引导它们转化为所需的产品[ACSNano,2017年,在出版社,http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b08228],这可能会彻底改变我们研究化学反应和制造材料的方式。这个项目中为纳米管开发的方法将转移到捕获在石墨烯单层或石墨烯双层中的分子,其中纳米管中的一维限制原理将在2D中扩展和探索。特别是,在一维[自然材料,2011,10,687]中导致链状或带状产品的分子间反应将被用于石墨烯上的分子来构建具有定制的结构和组成以及可调的电子和光学性质的共价有机骨架(COF)材料,从而解决石墨烯技术最关键的挑战之一。

项目成果

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