Aktuální číslo:

2020/11

Téma měsíce:

Skladování energie

Chemie podivných tvarů

aneb Výlet do říše hydridů boru
 |  6. 11. 2008
 |  Vesmír 87, 748, 2008/11

Dva prvky periodické tabulky – uhlík a bor – tvoří rozsáhlé série sloučenin s atomy vodíku. Uhlovodíky významně ovlivňují náš každodenní život, příslušné zákonitosti byly již v rozsáhlé míře prostudovány. Hydridy boru jsou mnohem mladší, do dějin chemie vstoupily až v roce 1912. Dnes mají za sebou četné aplikace „hi-tech“, jež zasahují do řady oborů včetně moderní medicíny či molekulární elektroniky. Zatímco uhlovodíky tvoří sloučeniny se strukturou rozvětvených nebo cyklických řetězců, sloučeniny hydridů boru tvoří v důsledku nedostatku elektronů v atomu boru pestrou škálu polyedrálních shluků – klastrů (obrázek 1).

Ikosaedr v chemii hydridů boru představuje základní strukturní jednotku. V posledních letech jsme v Ústavu anorganické chemie v Řeži u Prahy dosáhli unikátních výsledků v použití podobných klastrů pro povrchové modifikace krystalů drahých kovů. K těmto účelům byly použity thiolové deriváty karboranů (obrázek 4), které mohou významně měnit vlastnosti studovaných objektů. Tyto látky vykazují velkou teplotní a radiační stabilitu, která umožňuje jejich využití v extrémních podmínkách, například ve vesmíru.

Významnou oblast potenciálních aplikací představuje molekulární elektronika, která dnes v rozsáhlé míře studuje využití dvoudimenzionálních samouspořádaných monovrstev. Tento postup v sobě skrývá velké možnosti, umožňuje cíleně budovat struktury s kýženými vlastnostmi metodou „zdola nahoru“. Základním stavebním kamenem je při tomto postupu jedna molekula nebo již zmíněné dvoudimenzionální uspořádání molekul na rovné ploše. V Ústavu anorganické chemie byla vyvinuta a rozpracována modifikace zlatých a stříbrných mikrokrystalů, která představuje jeden z kroků k přemostění makrosvěta a molekulární úrovně. Připravené krystaly umožňují vybírat pro studium typ krystalové plochy i její velikost (obrázek 2). Z modelu ikosaedrické molekuly C2B10H12 substituované v protilehlých polohách thiolovými skupinami a umístěné na rovném zlatém povrchu si lze udělat představu o rozměrech karboranových klastrů ve srovnání se zlatými atomy (obrázek 3). Pro řadu aplikací souvisejících s úpravou povrchů, např. pro dopování tenkých povrchových vrstev polovodičů křemíkem, je rozhodující velikost klastru neboli počet atomů boru připadajících na jednu molekulu. Z tohoto důvodu byly v Ústavu anorganické chemie úspěšně prováděny experimenty, při kterých dochází ke kontrolovaným fúzím jednodušších klastrů v složitější. Tato oblast zahrnuje mimo přímé použití pro povrchové úpravy také zajímavé syntetické výzvy, které nás mohou posunout dopředu v základním výzkumu boranových klastrových sloučenin.

To je jeden z nových směrů, jímž se ubírá vývoj chemie klastrových hydridů boru a kde dochází k hlubšímu spojení výzkumu povrchů s chemií hydridů boru. První výsledky v této oblasti popsali vědečtí pracovníci Ústavu anorganické chemie AV ČR, v. v. i., roku 2005 v renomovaném časopise Langmuir Americké chemické společnosti. Na tyto výsledky v současné době navazuje řada domácích i mezinárodních spoluprací a projektů. Studované molekuly se podílejí na určení výsledných vlastností modifikovaných objektů, což zdůrazňuje význam povrchů a jedinečnost klastrových sloučenin boru pro nové technologie.

Literatura

T. Baše et al.: Carboranethiol-modified gold surfaces. A study and comparison of modified cluster and flat surfaces, Langmuir 21, 7776, 2005
T. Baše et al.: Gold micrometer crystals modified with carboranethiol derivatives, Journal of Physical Chemistry C 112, 14446, 2008
M. G. S. Londesborough et al.: Polyhedral boroncontaining cluster chemistry: Aspects of architecture beyond the icosahedron, Pure and Applied Chemistry 75, 1239, 2003

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Anorganická chemie

O autorech

Tomáš Baše

Michael Londesborough

Doporučujeme

Mládě z umělé dělohy

Mládě z umělé dělohy audio

Jaroslav Petr  |  16. 11. 2020
Průlomový počin v oboru tkáňového inženýrství se podařil týmu Anthonyho Ataly z amerického Wake Forest Institute for Regenerative Medicine. V...
Lithium, dar Země modernímu člověku

Lithium, dar Země modernímu člověku

Jan Rohovec, Tomáš Navrátil  |  2. 11. 2020
Nepozorovaně jsme přijali za své lehké notebooky, tenké mobilní telefony, drobnou elektroniku. Přestala nás udivovat možnost opakovaně nabíjet a...
Největší pískovcová skalní oblast Evropy

Největší pískovcová skalní oblast Evropy

Handrij Härtel  |  2. 11. 2020
V českém kontextu je České Švýcarsko jen jedno z několika skalních měst. V Evropě je to unikát. Ve světovém měřítku ho „zastiňují“ jiné oblasti....

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné