13Самосборка и катализ

1. Самосборка

   1. Процесс самосборки

Белки – большие молекулы с молекулярными весами, составляющими десятки тысяч, найдены практически во всех клетках и тканях тела и играют для жизни ключевую роль. Они образуются последовательным соединением сотен аминокислот, каждая из которых подводится к месту своего присоединения молекулой транспортной рибонуклеиновой кислоты (РНК) в порядке, предписанном молекулой информационной РНК. По прибытии на место каждая аминокислота легко связывается с предыдущей. Таким образом последовательности аминокислот собираются в полипептидную цепь, которая непрерывно увеличиваясь в длине, в конце этого процесса становится белком. Этот тип самосборки, естественным образом протекающий во всех живых системах, имеет свой аналог в науке.

2. Полупроводниковые островки

Один тип самосборки касается образования полупроводниковых островков, что осуществляется способом, называемым гетероэпитаксией. Он заключается в осаждении материала, образующего островок на подложке, состоящей из другого материала с близкой структурой и значением параметра решетки. Гетероэпитаксия широко используется как при проведении исследований, так и при промышленном изготовлении многих полупроводниковых устройств, превратившись, по существу, в хорошо развитую технологию. Она включает в себя доставку атомов или молекул к поверхности подложки. Маленькие островки могут продолжать расти, мигрировать на другое место или испаряться.

2. Катализ

   1. Природа катализа

Катализ химической реакции состоит в увеличении ее скорости посредством добавления вещества, называемого катализатором, которое не расходуется в процессе реакции. Обычно катализатор участвует в реакции, соединяясь с одним или несколькими реагентами, а в конце процесса он восстанавливается до первоначального состояния. Когда две или больше химических реакции идут последовательно или параллельно, катализатор может играть селектирующую роль, ускоряя одну реакцию относительно других.

Существует два основных типа катализаторов. Гомогенные катализаторы находятся в той же фазе, что и реагенты, обычно пребывающие в газовой фазе или в жидком растворе. Гетерогенные катализаторы находятся в фазе, отличной от реагентов, и отделены от них фазовой границей.

Катализ может играть две основных роли в нанонауке: 1) – катализаторы могут использоваться в некоторых методиках получения квантовых точек, нанотрубок и множества других наноструктур; 2) – некоторые наноструктуры сами могут служить катализаторами для отдельных химических реакций.

2. Площадь поверхности наночастиц

Многие свойства материалов, состоящих из зерен микрометровых (и в еще большей степени – нанометровых) размеров сильно зависят от их удельной поверхности. Например, можно ожидать, что удельное электрическое сопротивление слабосвязанного гранулированного материала будет определяться полной контактной площадью отдельных зерен. Химическая активность обычного гетерогенного катализатора пропорциональна его удельной поверхности, что обеспечивает наночастицам хорошую перспективу использования в качестве эффективных катализаторов. Однако из этого не следует, что каталитическая активность обязательно пропорциональна площади поверхности в диапазоне размеров наночастиц.