(a − c) Imágenes AFM antes (a) y después (b) de la manipulación KPFS de O anuncio 2− −O anuncio 2− con la punta colocada simétricamente en el medio y los perfiles de línea correspondientes (c). El doble punto brillante se convirtió en uno solo, que indica la formación de una especie molecular de oxígeno, O 2 2− . (d − f) Imágenes AFM antes (d) y después (e) manipulación KPFS de O anuncio 2− −O anuncio 2− con la punta colocada ligeramente fuera de la posición media entre los dos átomos y los perfiles de línea correspondientes (f). (g − i) Imágenes AFM antes (g) y después (h) de la manipulación KPFS de O anuncio 2− −O anuncio 2− con la punta colocada sobre un átomo de oxígeno y los perfiles de línea correspondientes (i), indicando un cambio en el estado de carga de Oad2− a Oad - de solo el átomo de oxígeno que está debajo de la punta. (j − m) Las estructuras optimizadas de DFT se muestran en cada caso:(j) O anuncio 2− −O anuncio 2− ; (k) O anuncio 2− −O anuncio - ; (l) O anuncio - −O anuncio - ; y (m) O 2 2− adsorbido en el Ti superior 5c sitio. Tenga en cuenta que también hay otro sitio de adsorción, el sitio del puente, ver SI, sección S9. Las líneas horizontales discontinuas representan las diferencias en las alturas de los adatomos de oxígeno. (A), (B), y (C) denotar los tres escenarios clave de manipulación, ver texto.
Aunque localizar un solo átomo de oxígeno suena difícil, intentar luego manipular los electrones asociados con ese único átomo para alterar su carga suena francamente imposible. Sin embargo, por primera vez, este logro ha sido informado por un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Osaka.
Junto a colaboradores de Eslovaquia y Reino Unido, Yuuki Adachi, estudiante de posgrado del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Osaka, ha publicado recientemente esta investigación en ACS Nano .
El oxígeno es uno de los elementos más abundantes de la Tierra. Generalmente se encuentra en su forma diatómica, O 2 , el oxígeno es muy reactivo y no permanece mucho tiempo en estado gaseoso. El estado fundamental, o forma menos reactiva de oxígeno, se denomina oxígeno triplete porque tiene tres posibles arreglos de espines de electrones. Sin embargo, oxígeno singlete, con su única disposición de giro posible, es más reactivo y juega un papel importante en una amplia gama de reacciones químicas, que van desde la producción de combustible verde hasta los tratamientos fotodinámicos contra el cáncer.
Como era de esperar entonces, Existe un interés significativo en controlar la formación y activación de oxígeno molecular.
"Usamos la espectroscopia de fuerza de la sonda Kelvin para examinar los estados de carga de los átomos de oxígeno adheridos a una superficie de rutilo de dióxido de titanio, y luego manipular la carga mediante la transferencia de electrones individuales hacia y desde pares de átomos de oxígeno, "explica Adachi." Identificamos tres estados de carga diferentes entre los pares:O - / O - , O 2- / O 2- , y O - / O 2- . Dependiendo del voltaje aplicado y donde colocamos la punta de la sonda en relación con los átomos, entonces podríamos cambiar reversiblemente la carga entre el O - y O 2- estados ".
Luego, el equipo demostró que podían usar el mismo método para inducir control, formación de enlaces reversibles entre dos átomos de oxígeno adyacentes, formando oxígeno molecular (O 2 ).
Curiosamente, También descubrieron que el estado de carga se podía controlar de forma remota ubicando la punta en otra parte de la superficie del rutilo. Los electrones se transfirieron a los átomos de oxígeno a través de los polarones superficiales, un fenómeno en el que los electrones pueden viajar a través de una red cristalina.
"Este nivel de control sobre el estado de carga de los átomos de oxígeno no ha sido posible anteriormente, ", dice el autor correspondiente del estudio, el profesor asociado Yan Jun Li." Nuestro trabajo proporciona un método novedoso para examinar reacciones catalíticas basadas en óxidos de metales de transición, y probablemente se pueda aplicar a otros átomos, y quizás otras superficies, donde se realizan reacciones químicas controladas iniciadas por manipulación de carga ".
