נחשף ננו-מבנה של כלוב מולקולרי סגור שמופק באמצעות אור שמש מרוכז ביותר

מבנים מולקולריים של כלוב סגור במימדים ננומטריים כבר ידועים במשך שנים – תחילה נודעו מבנים עם פחמן טהור ובהמשך פורסם גילויו של פרופ’ רשף טנא של פנורמה של מרכיבים אנאורגניים. הבסיס התיאורטי לסיבה לכך שהכלובים המולקולריים יוצאי הדופן האלו נוצרים, התגלה מאוחר יותר

ננו-מבנה של כלוב מולקולרי סגור, חדש וחסר תקדים, שמופק באמצעות אור שמש מרוכז ביותר, נחשף לאחרונה על-ידי צוות שכולל את הפרופסורים ג’פרי גורדון ודניאל פוירמן מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, את קבוצת המחקר של פרופ’ רשף טנא ממכון ויצמן למדע ואת ד”ר אנדריי אניישין מהאוניברסיטה הפדרלית של אורל ברוסיה.

ממצאי המחקר שחושף ננו-מבנה של כלוב מולקולרי סגור פורסם בגיליון האחרון של אחד מכתבי העת הנחשבים ביותר בתחום הננו-טכנולוגיה – ACS Nano .

מבנים מולקולריים של כלוב סגור במימדים ננומטריים כבר ידועים במשך שנים – תחילה נודעו מבנים עם פחמן טהור ובהמשך פורסם גילויו של פרופ’ רשף טנא של פנורמה של מרכיבים אנאורגניים. הבסיס התיאורטי לסיבה לכך שהכלובים המולקולריים יוצאי הדופן האלו נוצרים, התגלה מאוחר יותר – התגלה שהם מציגים מאפיינים אלקטרוניים, מכניים וכימיים מדהימים ובלתי צפויים.

אך עד כה לא הציעו ולא צירפו ננו-מבנים של כלוב סגור, שמורכבים מהשכבות המתחלפות של מרכיבים כימיים שונים, שכל אחד בפני עצמו לא יצליח, אבל ביחד, כמבנה-על של מרכיבים “לא מוצלחים”, כן יצליחו. במקרה זה, שני המרכיבים היו עופרת סולפידית ובדיל סולפידי.

סיפור ההצלחה הניסיוני הזה הושג הודות לכבשן סולארי מתקדם, שתכננו ובנו הפרופסורים גורדון ופוירמן במעבדתם בקמפוס שדה בוקר של אוניברסיטת בן-גוריון בנגב (במחלקה לאנרגיה סולרית ופיזיקה סביבתית ע”ש אלכסנדר ירסין במכונים לחקר המדבר ע”ש יעקב בלאושטיין). הוכח שקרינה סולרית מרוכזת ביותר היא אלמנט מרכזי ביצירת ריאקטור ייחודי, שמוביל למיזוג של הננו-מבנים הבודדים הלא-מוצלחים האלו. הריאקטור זקוק לטמפרטורות שמגיעות ל-3,000 מעלות צלזיוס לאורך זמן, לאזורי הקרנה גדולים יחסית, לסביבת ליבון מקיפה חמה ביותר ולשיפועים חדים.

הודות לחישובים מולקולריים מורכבים, שתרם ד”ר אנדריי אניישין, אפשר להסביר, לכמת ולהציג את הכוחות הקוטביים בין הפרוסות המולקולריות השונות של בדיל סולפידי ועופרת סולפידית, במטרה שימלאו תפקיד מרכזי בייצוב מבני-על לא מוצלחים שמורכבים משכבות, כולל הטווח של גדלי החלקיקים (100-20 ננומטר) שהתגלה במוצרים הניסיוניים.
ממצאים פורצי דרך אלו מנבאים מחקרים עתידיים, שבהם אפשר יהיה לזהות טווח עשיר של ננו-מבנים לא מוצלחים שבנויים בשכבות, ולמזג אותם. מחקרים אלו מתוכננים כעת בתיאום בין רשף טנא, ג’פרי גורדון ודניאל פוירמן.
בגלל הקיום הבלתי-צפוי של ננו-מבנים כאלה, עדיין מוקדם להתייחס לתכונות וליישומים יוצאי הדופן שהם יכולים להציע. עם זאת, התכונות הידועות של עופרת סולפידית ושל בדיל סולפידי, כל אחד בנפרד, מצביעות על כך שהננו-מבנים הלא מוצלחים שלהם יכולים לחשוף ספיגה אופטית מעניינת של אור, מה שיכול להביא ליישומים בפוטו-קטליזה ובפוטו-דטקציה.