Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Случайное тепловое (поступательное) движение частиц, при котором столкновения действуют как «точки» реакции.

В молекулярной нанотехнологии , хемосинтез является любым химическим синтезом , где реакции происходят из - за случайное тепловое движение, классом , который включает в себя почти все из современной синтетической химии. Созданные человеком процессы химической инженерии соответственно представлены как биомимикрия природных явлений, описанных выше, а весь класс нефотосинтетических цепей, с помощью которых строятся сложные молекулы, описывается как хемо- .

Хемосинтез может применяться во многих различных областях исследований, в том числе в позиционной сборке молекул. Здесь молекулы собираются в определенных положениях для выполнения определенных типов хемосинтеза с использованием молекулярных строительных блоков. В этом случае синтез наиболее эффективно осуществляется за счет использования молекулярных строительных блоков с небольшим количеством связей. Без напряженияМолекулы также предпочтительны, когда молекулы подвергаются минимальному внешнему напряжению, которое приводит к тому, что молекула имеет низкую внутреннюю энергию. Есть два основных типа синтеза: аддитивный и субтрактивный. В аддитивном синтезе структура начинается с нуля, а затем постепенно добавляются молекулярные строительные блоки, пока не будет создана необходимая структура. В субтрактивном синтезе они начинают с большой молекулы и удаляют строительные блоки один за другим, пока не будет достигнута структура. [1]

Затем эту форму инженерии противопоставляют механосинтезу , гипотетическому процессу, при котором отдельные молекулы подвергаются механическому манипулированию, чтобы контролировать реакции на спецификации человека. Поскольку фотосинтез и другие естественные процессы создают чрезвычайно сложные молекулы в соответствии со спецификациями, содержащимися в РНК и хранящиеся в течение длительного времени в форме ДНК , сторонники молекулярной инженерии утверждают, что искусственный процесс может аналогичным образом использовать цепочку длительного хранения, краткосрочного хранения, ферментоподобные механизмы копирования, аналогичные клеточным , и в конечном итоге производят сложные молекулы, которые не обязательно должны быть белками.. Например, листовой алмаз или углеродные нанотрубки могут быть произведены цепочкой небиологических реакций, которые были разработаны с использованием базовой модели биологии.

Использование термина хемосинтез подкрепляет мнение о том, что это возможно, поскольку указывает на то, что несколько альтернативных способов создания сложных белков, минеральных раковин моллюсков и ракообразных и т. Д. Эволюционировали естественным путем, и не все из них зависели от фотосинтеза и пищевой цепи, исходящей от человека. солнце через хлорофилл . [2] Поскольку существует более одного такого пути для создания сложных молекул, даже чрезвычайно специфичных, таких как белки, съедобные для рыб , вероятность того, что люди смогут создать совершенно новый, рассматривается (этими сторонниками) как почти определенная. в долгосрочной перспективе и возможно в течение одного поколения. [2]

Современные приложения [ править ]

Наночастицы целлюлозы, которые можно синтезировать с помощью методов хемосинтеза.

Было разработано несколько методов наноразмерного хемосинтеза, распространенным вариантом которых является химическое осаждение в ванне (CBD). Этот процесс позволяет осуществлять крупномасштабный синтез тонких пленочных слоев из различных материалов и особенно полезен при создании таких пленок для оптоэлектроники за счет эффективного создания пленок сульфида свинца (PbS). CBD-синтез этих пленок позволяет создавать экономичные и точные сборки с учетом типа и размера зерен, а также оптических свойств наноматериала.продиктовано свойствами окружающей ванны. Таким образом, этот метод наноразмерного хемосинтеза часто применяется, когда требуются эти свойства, и может использоваться для широкого спектра наноматериалов, а не только сульфида свинца, благодаря регулируемым свойствам. [3]

Как объяснялось ранее, использование химического осаждения из ванны позволяет синтезировать большие отложения слоев нанопленок с низкими затратами, что важно при массовом производстве сульфида кадмия . Низкая стоимость, связанная с синтезом CdS посредством химического осаждения, привела к применению наночастиц CdS в сенсибилизированных полупроводниками солнечных элементах , которые при обработке наночастицами CdS улучшают характеристики своих полупроводниковых материалов за счет уменьшения энергии запрещенной зоны. [4]В частности, использование химического осаждения позволяет добиться более благоприятной ориентации кристаллитов CdS, хотя этот процесс занимает довольно много времени. Исследования, проведенные SA Vanalakar в 2010 году, привели к успешному производству пленки наночастиц сульфида кадмия толщиной 139 нм, хотя это произошло только после того, как нанесенные пленки были подвергнуты осаждению в течение 300 минут. [4] По мере увеличения времени осаждения пленки не только толщина пленки увеличивалась, но и уменьшалась ширина запрещенной зоны полученной пленки. [4]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Меркл, Ральф (2000). «Молекулярные строительные блоки и стратегии развития молекулярной нанотехнологии». Нанотехнологии . 11 (2): 89–99. DOI : 10,1088 / 0957-4484 / 11/2/309 .
  2. ^ a b Jannasch, HW; Моттл, MJ (1985-08-23). «Геомикробиология глубоководных гидротермальных источников». Наука . 229 (4715): 717–725. Bibcode : 1985Sci ... 229..717J . DOI : 10.1126 / science.229.4715.717 . ISSN 0036-8075 . PMID 17841485 . S2CID 24859537 .   
  3. ^ Павар, SB; Shaikh, JS; Деван, РС; Ma, YR; Haranath, D .; Bhosale, PN; Патил, П.С. (2011). «Простой и недорогой хемосинтез наноструктурированного PBS с настраиваемыми оптическими свойствами». Прикладная наука о поверхности . 258 (5): 1869–1875. Bibcode : 2011ApSS..258.1869P . DOI : 10.1016 / j.apsusc.2011.10.069 .
  4. ^ a b c Ваналакар, С.А. "Квантовые размерные эффекты в хемосинтезированных наноструктурированных тонких пленках CdS". Дайджест журнала наноматериалов и биоструктур.