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石墨烯添加剂为控制有机晶体结构提供一种新方法

石墨烯添加剂为控制有机晶体结构提供一种新方法

在具有不同石墨烯覆盖的基材上获得的晶体的光学图像。来源:曼彻斯特大学

曼彻斯特大学的一个研究小组已经证明,石墨烯的表面特性可以用来控制从溶液中获得的有机晶体的结构。

有机晶体结构存在于大量的产品中,如食品、炸药、彩色颜料和药品。然而,有机晶体可以有不同的结构,称为多态性:这些形式的每一个都具有非常不同的物理和化学性质,尽管具有相同的化学成分。

比较一下,金刚石和石墨是多态的,因为它们都由碳原子组成,但它们具有非常不同的特性,因为原子是结合形成不同结构的。当彼此相互作用形成晶体时,同样的概念可以扩展到有机分子

了解和反应材料在分子水平上是如何工作的是关键,因为错误的多态性会导致食物有不好的味道,或者药物效果差。有几个例子,药物从市场上删除,因为多态性相关的问题。因此,生产特定的多态性目前是研究和工业的一个根本问题,而且确实涉及重大的科学和经济挑战。

曼彻斯特大学的新研究表明,在含有有机分子的蒸发溶液中加入石墨烯可以显著提高对某种晶体形式的选择性。这为石墨烯在晶体工程领域的新应用开辟了,至今尚未开发。

领导该团队的辛齐亚·卡西拉吉教授说:"最终,我们已经表明,先进的材料,如石墨烯和纳米技术工具,使我们能够以全新的方式研究有机分子的结晶。现在,我们兴奋地转向常用用于制药和食品的分子,以进一步研究石墨烯在晶体工程领域的潜力。

在发表在ACS Nano的报告中,研究小组已经表明,通过调整石墨烯的表面特性,有可能改变产生的多态性。甘氨酸,最简单的氨基酸,已被用作参考分子,而不同类型的石墨烯已被用作添加剂或模板。

马修·博伊斯和曼彻斯特大学博士生阿德里亚娜·阿利耶娃都为这项工作做出了贡献:"这是一项开创性的工作,用于在结晶实验中使用石墨烯作为添加剂。我们使用不同类型具有不同含氧量的石墨烯,并观察其对甘氨酸晶体结果的影响。我们已经观察到,通过仔细调整石墨烯的含氧量,可以诱导优先结晶。

葡萄牙阿韦罗大学的Melle Franco教授进行的计算机建模支持了实验结果,将多态选择性归因于羟基的存在,允许氢键化与甘氨酸分子相互作用,从而有利于一个多态,一旦在晶体生长过程中增加了多态层。

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