Sonda de cupru poate manipula materia la scară atomică. Credit: © 2020 Shiotari și colab.
Nanograful este un material despre care se anticipează că îmbunătățește radical celulele solare, celulele de combustibil, LED-urile și multe altele. De obicei, sinteza acestui material a fost inexactă și dificil de controlat. Pentru prima dată, cercetătorii au descoperit o modalitate simplă de a obține un control precis asupra fabricației nanografice. Procedând astfel, au aruncat lumină asupra proceselor chimice neclare anterioare implicate în producția de nanogene.
Probabil ați auzit de asta Grafen, A-atom– foi groase de molecule de carbon, care ar trebui să revoluționeze tehnologia. Unitățile de grafen sunt cunoscute sub numele de nanografii; acestea sunt adaptate pentru funcții specifice și, ca atare, procesul lor de fabricare este mai complex decât cel al grafenului generic. Nanografierea se face prin îndepărtarea selectivă a atomilor de hidrogen din moleculele de carbon organic și hidrogen, un proces numit deshidrogenare.
„Deshidrogenarea are loc pe o suprafață metalică precum argintul, aurul sau cuprul, care acționează ca un catalizator, un material care permite sau accelerează o reacție”, a declarat profesorul asistent Akitoshi Shiotari de la Departamentul de Știința Materialelor Avansate. „Cu toate acestea, această zonă este mare în comparație cu moleculele organice țintă. Acest lucru contribuie la dificultatea creării unor formațiuni nanogene specifice. Aveam nevoie de o mai bună înțelegere a procesului catalitic și de o modalitate mai precisă de control al acestuia. “
O moleculă organică cu un atom de hidrogen nedorit (stânga) și aceeași moleculă cu atomul eliminat (dreapta). Credit: © 2020 Shiotari și colab.
Shiotari și echipa sa, explorând diferite moduri de a efectua sinteza nanografică, au venit cu o metodă care oferă controlul exact necesar și este, de asemenea, foarte eficientă. Au folosit un tip de microscop specializat numit microscop de forță atomică (AFM), care măsoară detaliile moleculelor cu o sondă nanoscopică cu ac. Această sondă poate fi utilizată nu numai pentru a detecta anumite caracteristici ale atomilor individuali, ci și pentru a le manipula.
„Am descoperit că sonda metalică AFM ar putea rupe legăturile carbon-hidrogen din moleculele organice”, a spus Shiotari. „Poate face acest lucru foarte precis, deoarece vârful său este atât de fin și poate întrerupe conexiunile fără a fi nevoie de energie termică. Aceasta înseamnă că acum putem fabrica componente nanografice într-un mod mai controlat ca niciodată. “
Pentru a verifica ceea ce vedeau, echipa a repetat procesul cu o varietate de compuși organici, în special două molecule cu structuri foarte diferite numite benzonoide și nonbenzonoide. Acest lucru arată că sonda AFM în cauză este capabilă să atragă atomi de hidrogen din diferite tipuri de materiale. Un astfel de detaliu este important dacă această metodă trebuie transformată într-un mijloc comercial de producție.
„Prezic că această tehnică ar putea fi modalitatea supremă de a crea nanomolecule funcționale de jos în sus”, a spus Shiotari. “Putem folosi un AFM pentru a aplica alți stimuli pe molecule țintă, cum ar fi injecția de electroni, câmpuri de electroni sau forța de propulsie. Este pur și simplu interesant să poți vedea, controla și manipula structuri la o scară atât de mică. . “
Referință: „Catalizator metalic manipulator pentru sinteza nanografică” de Akitoshi Shiotari *, Ikutaro Hamada, Takahiro Nakae, Shigeki Mori, Tetsuo Okujima, Hidemitsu Uno, Hiroshi Sakaguchi, Yuji Hamamoto, Yoshitada Morikawa, 22 Scrisoarea Nano.
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c03510
Finanțare: Această lucrare a fost susținută de JSPS KAKENHI Grant Nr. JP16H00959, JP25110003, JP16H00967, JP15H06127, JP18H01807, JP18H03859 și JP18H05519. Akitoshi Shiotari acceptă sprijinul ATI Research Grants 2017, Sumitomo Foundation și Shimadzu Science Foundation. Yoshiaki Sugimoto recunoaște sprijinul Toray Science Foundation.