El enjambre molecular reorganiza las estructuras de la superficie átomo por átomo
Los nanocientíficos desarrollan una herramienta molecular para cambiar la estructura de una superficie metálica
La superficie de los metales desempeña un papel clave en muchas áreas tecnológicamente relevantes, como la catálisis, la tecnología de sensores y la investigación de baterías. Por ejemplo, la producción a gran escala de muchos compuestos químicos tiene lugar en las superficies metálicas, cuya estructura atómica determina si las moléculas reaccionan entre sí y cómo lo hacen. Al mismo tiempo, la estructura de la superficie de un metal influye en sus propiedades electrónicas. Esto es particularmente importante para la eficiencia de los componentes electrónicos de las baterías. Por lo tanto, los investigadores de todo el mundo están trabajando intensamente en el desarrollo de nuevos tipos de métodos para adaptar la estructura de las superficies metálicas a nivel atómico.
Como una cremallera, las moléculas de carburo cooperan en una superficie de oro para unir dos filas de átomos en una sola fila, resultando - paso a paso - en una nueva estructura de superficie.
Copyright: S. Amirjalayer
Un equipo de investigadores de la Universidad de Münster, formado por físicos y químicos y dirigido por el Dr. Saeed Amirjalayer, ha desarrollado ahora una herramienta molecular que permite, a nivel atómico, cambiar la estructura de una superficie metálica. Mediante simulaciones por ordenador, fue posible predecir que la reestructuración de la superficie por moléculas individuales - los llamados carbenos N-heterocíclicos - tiene lugar de forma similar a una cremallera. Durante el proceso, al menos dos moléculas de carburo cooperan para reorganizar la estructura de la superficie átomo por átomo. Los investigadores pudieron confirmar experimentalmente, como parte del estudio, este mecanismo "tipo cremallera" en el que las moléculas de carburo trabajan juntas en la superficie de oro para unir dos filas de átomos de oro en una sola fila. Los resultados del trabajo se han publicado en la revista "Angewandte Chemie International Edition".
En estudios anteriores, los investigadores de Münster habían demostrado la alta estabilidad y movilidad de las moléculas de carburo en la superficie del oro. Sin embargo, no se pudo demostrar previamente ningún cambio específico de la estructura de la superficie inducida por las moléculas. En su último estudio, los investigadores demostraron por primera vez que la estructura de una superficie de oro se modifica con gran precisión como resultado de la cooperación entre las moléculas de carburo. "Las moléculas de carburo se comportan como un enjambre molecular, es decir, trabajan juntas como un grupo para cambiar la estructura de largo alcance de la superficie", explica Saeed Amirjalayer. "Basándose en el principio de 'cierre', los átomos de la superficie se reorganizan sistemáticamente, y, después de este proceso, las moléculas pueden ser eliminadas de la superficie".
El nuevo método permite desarrollar nuevos materiales con propiedades químicas y físicas específicas, completamente sin herramientas macroscópicas. "En las aplicaciones industriales se utilizan a menudo herramientas macroscópicas, como prensas o rodillos", continúa Amirjalayer. "En biología, estas tareas son realizadas por ciertas moléculas. Nuestro trabajo muestra una clase prometedora de moléculas sintetizadas que utiliza un enfoque similar para modificar la superficie". El equipo de investigadores espera que su método se utilice en el futuro para desarrollar por ejemplo nuevos tipos de electrodos o para optimizar las reacciones químicas en las superficies.
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