Creación y ruptura de enlaces químicos en moléculas individuales "nanoconfinadas".
Un equipo de investigación estudia la reactividad de moléculas individuales en condiciones microscópicas controladas
Investigadores de todo el mundo trabajan en el desarrollo de materiales eficientes para convertirel CO2 en sustancias químicas aprovechables, una labor especialmente apremiante ante el calentamiento global. Un equipo de la Universidad de Göttingen (Alemania) y del Instituto Nacional de Ciencias de Ulsan (Corea del Sur) ha descubierto un nuevo y prometedor enfoque: las moléculas catalíticamente activas se nanoconfinan -lo que significa que se colocan en un entorno que deja muy poco espacio para las moléculas individuales- en una superficie que sirve como proveedor de electrones conductores. Estas moléculas promueven reacciones químicas específicas. Estos sistemas híbridos aprovechan tanto las propiedades de las moléculas como las del sustrato. Los resultados se han publicado en Science Advances.
Imagen que muestra cómo las moléculas catalíticamente activas se organizan en estructuras monocapa casi perfectas sobre una superficie de plata pulida.
Ole Bunjes
El primer paso que dio el equipo fue depositar las moléculas catalíticamente activas en forma de vapor sobre plata pulida antes de examinarlas con un microscopio de barrido en túnel de alta resolución construido en Göttingen. "Para nuestro absoluto asombro, las moléculas se organizan, como por arte de magia, en estructuras monocapa casi perfectas sobre la superficie", afirma Lucas Paul, estudiante de doctorado de la Universidad de Gotinga y coautor del estudio.
"Además de obtener imágenes de moléculas individuales, la energía de los electrones inyectados puede ajustarse con tanta precisión en el microscopio de barrido en túnel que se pueden inducir y observar reacciones químicas en una sola molécula", explica el físico Martin Wenderoth. Wenderoth dirigió el proyecto junto con el químico Inke Siewert, en el Centro de Investigación Colaborativa "Control a escala atómica de la conversión de energía" de la Universidad de Gotinga. Siewert añade: "Somos capaces de romper con gran precisión enlaces químicos individuales".
Los investigadores demuestran que las moléculas especialmente densas en la superficie tienen propiedades químicas alteradas. Así, exclusivamente en el caso de las moléculas "atrapadas", el enlace puede romperse y posteriormente también restaurarse, ya que la parte separada de la molécula sólo puede alejarse muy ligeramente del resto de la molécula. "Esto demuestra cómo la falta de espacio, a nivel atómico, puede utilizarse para manipular las reacciones químicas", afirma el primer autor, Ole Bunjes, de la Universidad de Gotinga.
El equipo de investigación quiere que sus experimentos contribuyan al desarrollo de sistemas superficiales moleculares eficientes con propiedades determinadas con precisión. Además, quieren investigar si su nuevo sistema es adecuado como memoria de datos molecular.
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