Perakitan molekuler saat ini merupakan salah satu metode yang paling umum digunakan untuk fabrikasi permukaan nanostruktur. Batas berikutnya dalam fabrikasi nanodevice molekuler adalah kemampuan untuk secara dinamis mengendalikan sifat struktur-fungsi nanostruktur sesuai permintaan, dan pembentukan ikatan hidrogen yang reversibel merupakan mekanisme yang lazim untuk mengendalikan perakitan molekuler dalam sistem biologis. Dan jaringan supramolekuler dua dimensi berdasarkan interaksi non-kovalen (misalnya, ikatan-H) membangun nanostruktur rekayasa yang terorganisir dengan baik dan berpotensi dapat diganti. Namun, mencapai reversibilitas yang dapat diprediksi dalam material dua dimensi (2D) buatan tetap menjadi tantangan besar.
Baru-baru ini, Prof. Fernando P. Cometto dan timnya dari Laboratory of Molecular Nanoscience dan IPHYS di Max-Planck-Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) telah mampu menggunakan mikroskopi pemindaian terowongan untuk memicu peralihan jaringan 2D berikatan hidrogen menggunakan medan listrik eksternal (EEF) di antarmuka padat/cair. Efek peralihan medan listrik eksternal dianalisis dengan memvariasikan secara sistematis interaksi molekul-ke-molekul (yaitu, kekuatan ikatan hidrogen) serta interaksi molekul-ke-substrat dengan bantuan teori fungsional kerapatan dan simulasi dinamika molekuler. Dengan menyetel kapasitas ikatan hidrogen dari blok penyusun serta sifat dan muatan substrat, sifat peralihan diinduksi atau dibekukan dan keluaran polimorfik akhir dari jaringan 2D dikontrol. Tujuannya adalah untuk memberikan wawasan tentang desain dan kontrol perakitan molekul reversibel dalam bahan 2D, dengan aplikasi yang menjanjikan di berbagai bidang seperti sensor dan elektronik.
Hasilnya menunjukkan bahwa efek peralihan tidak intrinsik tetapi terkait dengan perspektif energik keseluruhan dari sistem adsorben/substrat dalam kondisi eksperimen yang berbeda. Eksperimen ini membahas pentingnya interaksi ikatan-H antarmolekul untuk mekanisme peralihan dengan mengganti gugus -COOH (BTB menjadi C3-Ald) dengan gugus -CHO. Modifikasi gugus fungsi ini melemahkan ikatan-H antarmolekul dan mencegah ekspresi pola berpori berbasis CHO, sehingga menghambat peralihan dari struktur padat yang stabil ke jaringan berpori yang berpotensi tidak stabil. Tim juga menemukan bahwa pembentukan spesies yang dapat dipolarisasi berkorelasi dengan dinamika rotasi karboksilat dan pertukaran proton, situasi dinamis yang dipengaruhi oleh medan listrik yang diterapkan yang mendorong peralihan molekul ke struktur paling stabil berdasarkan polaritas permukaan.
Kinetika reaksi dimulai dengan beberapa proses pertukaran H antara gugus dimer-COOH dan rotasi gugus karboksil yang terjadi
Singkatnya, karya ini memberikan wawasan tentang desain dan kontrol rakitan molekul reversibel dalam bahan dua dimensi, memanfaatkan potensi aplikasinya dalam berbagai bidang termasuk sensor dan elektronik.
