Nanoestructura 1D en la superficie basada en un motivo de coordinación organometálico trinuclear:la configuración electrónica local en el centro del metal es prometedora para nuevas funcionalidades en optoelectrónica y catálisis. Crédito:FLOTA
Los organismos biológicos son las máquinas más complejas que conocemos, y son capaces de realizar funciones exigentes con gran eficiencia.
Un tema común en estas biomáquinas es que todo lo importante sucede a nivel de moléculas individuales, es decir, a nanoescala.
La funcionalidad de estos biosistemas se basa en el autoensamblaje, es decir, moléculas que interactúan de forma precisa y selectiva entre sí para formar estructuras bien definidas. Un ejemplo bien conocido de este fenómeno es la estructura de doble hélice del ADN.
Ahora, inspirado en biosistemas autoensamblables, un grupo internacional de científicos, incluidos físicos de la FLEET, ha creado un nuevo a base de carbono, nanomaterial autoensamblado, que podría ser clave para las nuevas tecnologías fotovoltaicas y de catálisis.
Utilizando el autoensamblaje, los investigadores pudieron diseñar, con precisión a escala atómica, una nueva nanoestructura 1-D compuesta de moléculas orgánicas (basadas en carbono) y átomos de hierro.
Los hallazgos se describen en dos estudios publicados este mes en Comunicaciones de la naturaleza y ACS Nano .
Precisión a escala atómica mediante el autoensamblaje:un camino hacia la funcionalidad
"Fabricar nanomateriales controlando la posición de átomos y moléculas individuales uno a la vez es muy tedioso, si no es imposible, "dice el científico principal, el Dr. Agustín Schiffrin, profesor titular de la Universidad de Monash e investigador jefe de la FLEET.
"En lugar de, podemos crear estructuras atómicamente precisas mediante el autoensamblaje, eligiendo las moléculas adecuadas, átomos y condiciones de preparación ".
"Esto tiene la ventaja de que no se requiere ninguna intervención externa, "explica el Dr. Schiffrin.
Tal capacidad de autoensamblaje proviene del uso orgánico (es decir, moléculas basadas en carbono) como nanounidades de construcción.
La forma, El tamaño y los grupos funcionales que interactúan de estas moléculas orgánicas se pueden ajustar en un número casi infinito de formas utilizando la química orgánica sintética.
es una alternativa al autoensamblaje programado de moléculas, Los investigadores de Monash pueden colocar átomos individuales. Por ejemplo, este proyecto de "microbranding" crea el logotipo de FLEET a partir de 42 átomos de hierro individuales. Crédito:FLOTA
El control de las interacciones entre moléculas conduce a la creación de la deseada, nanoestructura bien definida, de manera similar a la forma en que las interacciones entre los ácidos nucleicos en el ADN dan lugar a la doble hélice.
"De esta manera podemos construir materiales con una precisión, estructura de ingeniería, lo que da como resultado que el material tenga las propiedades electrónicas deseadas, "dice la coautora Marina Castelli, un doctorado estudiante de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Monash.
"Así como las funciones de los bioorganismos dependen de interacciones a nanoescala, las propiedades físicas y electrónicas de estos nuevos materiales provienen de su estructura a nivel de una sola molécula, "explica el Dr. Cornelius Krull, becario de investigación de Monash.
De abajo hacia arriba late de arriba hacia abajo
Métodos convencionales para la nanofabricación de materiales, como la litografía, confiar en enfoques 'de arriba hacia abajo', con materiales modelados por remoción de materia. Tales métodos se limitan a resoluciones del orden de 1 nanómetro en el mejor de los casos.
En lugar de, Los métodos 'ascendentes' pueden permitir una resolución de patrones subnanométrica, con el potencial para un mayor nivel de control y eficiencia de las propiedades electrónicas.
Es más, La aplicación de enfoques de síntesis 'de abajo hacia arriba' con una superficie como sustrato permite nanoestructuras con propiedades que no se pueden lograr mediante métodos sintéticos convencionales.
Los nanomateriales basados en complejos moleculares metal-orgánicos permiten una amplia gama de funcionalidades útiles, tanto tecnológico como biológico, desde la catálisis hasta la energía fotovoltaica y la detección y el almacenamiento de gases.
En estos sistemas, la morfología a escala atómica y la configuración electrónica del motivo de coordinación metal-orgánico juegan un papel crucial, dictando sus propiedades químicas y electrónicas generales.
Los dos estudios
El artículo "Designing Optoelectronic Properties by On-Surface Synthesis:Formation and Electronic Structure of an Iron-Terpyridine Macromolecular Complex, " publicado en ACS Nano , describe la dependencia energética y espacial de los estados electrónicos (ocupados y desocupados) de la nanoestructura organometálica a base de hierro 1-D, en un rango de energía cercano al nivel de Fermi, que puede ser útil para aplicaciones optoelectrónicas como la fotovoltaica, fotocatálisis y dispositivos emisores de luz.
Estudiar la estructura y la química a nivel de un solo átomo El artículo, "Nanoestructuras orgánicas de metales trinucleares a base de hierro en una superficie con acumulación de carga local, " publicado en Comunicaciones de la naturaleza , describe a escala atómica la estructura intramolecular y la distribución de carga del motivo no trivial de coordinación de la molécula de hierro, útil para aplicaciones de catálisis.
