Molekylær sværm omarrangerer overfladestrukturer atom for atom

Overfladen af ​​metaller spiller en nøglerolle på mange teknologisk relevante områder, såsom katalyse, sensorteknologi og batteriforskning. For eksempel, den store produktion af mange kemiske forbindelser finder sted på metaloverflader, hvis atomstruktur bestemmer, om og hvordan molekyler reagerer med hinanden. På samme tid, overfladestrukturen af ​​et metal påvirker dets elektroniske egenskaber. Dette er især vigtigt for effektiviteten af ​​elektroniske komponenter i batterier. Forskere verden over arbejder derfor intensivt på at udvikle nye former for metoder til at skræddersy strukturen af ​​metaloverflader på atomniveau.

Et team af forskere ved universitetet i Münster, bestående af fysikere og kemikere og ledet af Dr. Saeed Amirjalayer, har nu udviklet et molekylært værktøj, som gør det muligt, på atomniveau, at ændre strukturen af ​​en metaloverflade. Ved hjælp af computersimuleringer, det var muligt at forudsige, at omstruktureringen af ​​overfladen med individuelle molekyler - såkaldte N-heterocykliske carbener - foregår på samme måde som en lynlås. Under processen, mindst to carbenmolekyler samarbejder om at omarrangere overfladens struktur atom for atom. Forskerne kunne eksperimentelt bekræfte, som en del af studiet, denne "lynlås-type" mekanisme, hvor carbenmolekylerne arbejder sammen på guldoverfladen for at forbinde to rækker af guldatomer i en række. Resultaterne af arbejdet er blevet offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition .

I tidligere undersøgelser havde forskerne fra Münster vist den høje stabilitet og mobilitet af carbenmolekyler på guldoverfladen. Imidlertid, ingen specifik ændring af overfladestrukturen induceret af molekylerne kunne tidligere påvises. I deres seneste undersøgelse, forskerne beviste for første gang, at strukturen af ​​en guldoverflade modificeres meget præcist som følge af samarbejdet mellem carbenmolekylerne. "Carbenmolekylerne opfører sig som en molekylær sværm - med andre ord, de arbejder sammen som en gruppe for at ændre overfladens langrækkende struktur, Saeed Amirjalayer forklarer. "Baseret på 'lynlås'-princippet, overfladeatomerne omarrangeres systematisk, og, efter denne proces, molekylerne kan fjernes fra overfladen."

Den nye metode gør det muligt at udvikle nye materialer med specifikke kemiske og fysiske egenskaber – helt uden makroskopiske værktøjer. "I industrielle applikationer, ofte makroskopiske værktøjer, sådanne presser eller ruller, er brugt, " Amirjalayer fortsætter. "I biologi, disse opgaver varetages af visse molekyler. Vores arbejde viser en lovende klasse af syntetiserede molekyler, som bruger en lignende tilgang til at modificere overfladen." Forskerholdet håber, at deres metode i fremtiden vil blive brugt til at udvikle for eksempel nye typer elektroder eller til at optimere kemiske reaktioner på overflader.