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Os materiais sólidos são geralmente conhecidos por serem rígidos e imóveis, mas os cientistas estão virando essa ideia de cabeça para baixo, explorando maneiras de incorporar partes móveis em sólidos. Isto pode permitir o desenvolvimento de novos materiais exóticos, como cristais anfidinâmicos – cristais que contêm componentes rígidos e móveis – cujas propriedades podem ser alteradas através do controle da rotação molecular dentro do material.
Um grande desafio para alcançar o movimento nos cristais – e nos sólidos em geral – é a natureza compacta da sua estrutura. Isso restringe o movimento dinâmico a moléculas de tamanho limitado. No entanto, uma equipe liderada pelo Professor Associado Mingoo Jin, do Instituto de Design e Descoberta de Reações Químicas (WPI-ICReDD), da Universidade de Hokkaido, estabeleceu um recorde de tamanho para esse movimento dinâmico, demonstrando o maior rotor molecular mostrado operacional no sólido. estado.
Um rotor molecular consiste em uma molécula rotativa central que é conectada por moléculas de eixo a moléculas estacionárias do estator, semelhante à forma como uma roda e um eixo são conectados à estrutura de um carro. Tais sistemas foram relatados anteriormente, mas o material cristalino neste estudo apresenta um rotor operacional composto pela molécula pentiptycene, que é quase 40% maior em diâmetro do que os rotores anteriores no estado sólido, marcando um avanço significativo.
Para permitir a rotação de uma molécula tão grande, foi necessário criar espaço livre suficiente dentro do sólido. A equipe sintetizou complexos metálicos côncavos em forma de guarda-chuva que poderiam proteger a molécula do rotor de interações indesejadas com outras moléculas no cristal. Eles foram capazes de criar espaço suficiente para acomodar o rotor gigante, anexando uma molécula especialmente grande e volumosa ao átomo metálico do estator.
“Tirei a ideia de um ovo, que ocupa um grande espaço e protege seu interior com uma capa dura circular”, disse Jin. “Para trazer esse recurso para uma molécula, imaginei encapsular o espaço do rotador usando estatores volumosos de formato côncavo.”
Uma comparação dos espectros de ressonância magnética nuclear experimental e simulada do cristal sugeriu que o rotor molecular gigante gira em intervalos de 90 graus a uma frequência na faixa de 100-400 kHz.
Este trabalho expande o que é possível para o movimento molecular no estado sólido. Ele fornece um plano para explorar novos caminhos no desenvolvimento de cristais anfidinâmicos e pode levar ao desenvolvimento de novos materiais funcionais com propriedades únicas.
“Os rotadores de pentipticeno utilizados neste trabalho possuem vários locais de bolso”, comentou Jin. “Esta característica estrutural permite a inclusão de muitos tipos de compostos convidados, incluindo luminóforos, o que poderia permitir o desenvolvimento de materiais de estado sólido ópticos ou luminescentes altamente funcionais e sofisticados.”
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