Dinamika samoudruženih monoslojeva molekularnih strojeva na međupovršini voda/zrak

Abstract

We present a computational study of self-assembled monolayers (SAMs) of several functional molecules which share a triptycene core and differ in the number of anchoring groups and functional mounts (photoswitches or light-driven motors). Structural properties of different SAMs on the water-air interface are explored by nanoscale molecular dynamics carried out in the tight-binding DFT formalism, as well as by static meta-GGA DFT calculations. Both approaches give similar results, revealing that tilting and bending in SAMs is significant in all investigated systems. Molecular dynamics shows that SAMs tilt collectively, although the motion of individual machines is not strongly correlated. Functional heads, triptycenes and anchoring groups are found to strongly affect SAM properties, and a structure bearing two triptycene units and three anchoring groups is identified as the most promising future synthetic target. Finally, the computational results are validated by comparing them with previously performed experiments (anisotropic spectroscopy and ellipsometry).U ovom radu računalnim su metodama istraženi samoudruženi monoslojevi (SAM) niza funkcionalnih molekula koje se razlikuju po funkcionalnoj jedinici (sklopka ili svjetlom upogonjeni motor) i broju veznih skupina, a dijele tripticensku jezgru. Strukturna svojstva različitih SAM-ova na međupovršini voda-zrak istražena su nanosekundnom molekulskom dinamikom provedenom u formalizmu DFT modela čvrste veze, te meta-GGA DFT statičkim izračunima. Oba pristupa daju slične rezultate i otkrivaju da su, u svim proučavanim sustavima, molekule značajno nagnute i savinute. Rezultati molekulske dinamike pokazuju da je nagibanje SAM-ova kolektivan proces, iako gibanje individualnih strojeva nije korelirano. Također, potvrđeno je da funkcionalne glave, tripticeni i vezne skupine značajno utječu na svojstva monoslojeva, te je kao glavni kandidat za sintezu novih funkcionalnih materijala identificiran molekulski sustav s dvije tripticenske jedinice i tri vezne skupine. Usporedbom s prethodno provedenim eksperimentima (anizotropnom spektroskopijom i elipsometrijom) potvrđeni su računalni rezultati