Durante años, los científicos han estado intrigados por cómo se mueven las moléculas a través de las superficies. El proceso es fundamental para numerosas aplicaciones, incluida la catálisis y la fabricación de dispositivos a nanoescala.
Ahora, utilizando experimentos de espectroscopía de neutrones realizados en el Institut Laue-Langevin (ILL) y modelos teóricos avanzados y simulaciones por ordenador, un equipo dirigido por Anton Tamtögl de la Universidad Tecnológica de Graz ha desvelado el movimiento único de la trifenilfosfina (PPh3 ) moléculas en superficies de grafito, un comportamiento similar al de un módulo nanoscópico de aterrizaje lunar.
El trabajo está publicado en la revista Communications Chemistry. .
De hecho, PPh3 Las moléculas exhiben una forma notable de movimiento, rodando y trasladándose de maneras que desafían los conocimientos previos. Este movimiento similar al del módulo de aterrizaje lunar parece verse facilitado por su geometría única y su unión de tres puntos con la superficie.
"Profundizar en el complejo mundo del movimiento molecular sobre superficies de grafito ha sido un viaje apasionante", revela Anton Tamtögl. "Las mediciones y la simulación revelaron un movimiento sofisticado y una 'danza' de las moléculas, lo que nos proporcionó una comprensión más profunda de la dinámica de la superficie y abrió nuevos horizontes para la ciencia de los materiales y la nanotecnología".
La trifenilfosfina es una molécula importante para la síntesis de compuestos orgánicos y nanopartículas con numerosas aplicaciones industriales. La molécula presenta una geometría peculiar:PPh3 es piramidal con una disposición en forma de hélice de sus tres grupos cíclicos de átomos.
Los neutrones ofrecen posibilidades únicas en el estudio de la estructura y dinámica de los materiales. En un experimento típico, los neutrones dispersos de la muestra se miden en función del cambio de dirección y energía. Debido a su baja energía, los neutrones son una excelente sonda para estudiar excitaciones de baja energía, como las rotaciones moleculares y la difusión. Las mediciones de espectroscopía de neutrones se realizaron en ILL Instruments IN5 (espectrómetro TOF) e IN11 (espectrómetro de espín-eco de neutrones).
"Es sorprendente ver cómo los potentes espectrómetros del ILL nos permiten seguir la dinámica de estos fascinantes sistemas moleculares incluso si la cantidad de muestra es pequeña", afirma el científico del ILL, Peter Fouquet. "Los rayos de neutrones no destruyen estas muestras sensibles y permiten una comparación perfecta con simulaciones por ordenador."
El estudio muestra que PPh3 Las moléculas interactúan con la superficie del grafito de una manera que les permite moverse con barreras de energía sorprendentemente bajas. El movimiento se caracteriza por rotaciones y traslaciones (movimientos de salto) de las moléculas. Mientras que las rotaciones y el movimiento intramolecular dominan hasta aproximadamente 300 K, las moléculas siguen un movimiento de salto de traslación adicional a través de la superficie desde 350-500 K.
Comprender los mecanismos detallados del movimiento molecular a nanoescala abre nuevas vías para la fabricación de materiales avanzados con propiedades personalizadas. Aparte del interés fundamental, el movimiento de PPh3 y compuestos relacionados en superficies de grafito son de gran importancia para las aplicaciones.
Más información: Anton Tamtögl et al, Movimiento molecular de un vehículo lunar nanoscópico mediante traslaciones y rotaciones de trifenilfosfina sobre grafito, Química de las comunicaciones (2024). DOI:10.1038/s42004-024-01158-7
Información de la revista: Química de las Comunicaciones
Proporcionado por el Instituto Laue-Langevin
