Forskere afbilder molekyler, når de ændrer ladningstilstand for første gang

Et team af forskere fra IBM Research-Zurich, ExxonMobil Research and Engineering Company og Universidade de Santiago de Compostela har, for første gang, afbildede molekyler, når de ændrer ladningstilstande. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , gruppen beskriver, hvordan de har skabt billederne, og hvad de så.

Forskere har i nogen tid vidst, at molekyler ændrer sig, når de lades, både i funktion og struktur. Men indtil nu, de har ikke kunnet se det i aktion. I denne nye indsats, forskerne har lavet billeder af fire molekyler - azobenzen, pentacen, TCNQ og porfin - da de undergik ændringer på grund af opladning. De bemærker, at molekylær opladning er kernen i mange meget vigtige biologiske processer, såsom energitransport og fotokonvertering – således, at observere, hvordan det ser ud, når det sker, er meget vigtigt.

For at oprette billederne, forskerne placerede et enkelt molekyle på en isoleret NaCl-film og brugte derefter højopløsnings atomkraftmikroskopi i et meget koldt vakuummiljø til at overføre en enkelt elektron fra sondespidsen til molekylet. Billeddannelse blev udført ved hjælp af kulilte-funktionaliserede spidser. Hvert af molekylerne blev afbildet i fire tilstande:positiv, neutral, negativ og dobbelt-negativ (tilføjer to elektroner).

Forskerne observerede strukturelle ændringer i alle molekylerne, og at hver blev ændret på en anden måde end de andre. Med pentacen, for eksempel, holdet så, hvilke områder af molekylet der blev mere reaktive. Med TCNQ, de observerede ændringer i bindingerne mellem atomerne i molekylet – og de bemærkede også, at det bevægede sig i forhold til sin base. Og med porfin, de observerede ændringer i typerne af bindinger og deres længder. De bemærkede også, at porfin, i særdeleshed, spiller en kritisk rolle i biologisk behandling - det er involveret i processen med hæmoglobin, der transporterer ilt i levende organismer. At kunne se, hvad der sker med et molekyle, når det oplades, kan hjælpe med bedre at forstå, hvordan hele transportprocessen fungerer. Holdet foreslår endvidere, at brug af teknikker som billeddannelse af molekylære ladningstilstande vil hjælpe med udviklingen af ​​nye materialer og enheder - og vil forbedre vores forståelse af naturen generelt.

© 2019 Science X Network