La estructura de una unión molecular con interacción no covalente juega un papel clave en el transporte de electrones, revela un estudio reciente realizado por investigadores del Tokyo Tech. A través de dispersión Raman mejorada en superficie y mediciones de corriente-voltaje simultáneas, descubrieron que una única unión dímera de la molécula de naftalenotiol muestra tres enlaces diferentes, a saber, interacciones intermoleculares π-π y a través de π y a través del espacio molécula-electrodo.

La interacción π-π es un tipo de interacción no covalente que ocurre cuando las nubes de electrones en los orbitales π de anillos aromáticos o sistemas moleculares conjugados π se superponen. Esta interacción permite un movimiento eficiente de electrones entre las moléculas, ofreciendo el potencial de diseñar materiales con propiedades electrónicas únicas.

La estructura de las uniones formadas por estas moléculas juega un papel decisivo en el transporte de electrones. Sin embargo, la información estructural insuficiente sobre estas uniones ha dificultado el establecimiento de una relación clara entre la estructura y las propiedades de transporte de electrones.

Para abordar esta brecha de conocimiento, un grupo de investigadores de Japón, dirigido por el profesor asistente Satoshi Kaneko y el profesor asociado Tomoaki Nishino del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), ha fabricado recientemente una unión única de dímero y monómero de la molécula de naftalenotiol (NT) y llevaron a cabo un examen detallado de su estructura y propiedades de transporte de electrones utilizando mediciones ópticas y eléctricas combinadas. Su estudio fue publicado recientemente en el Journal of the American Chemical Society .

Los investigadores fabricaron la unión depositando primero un electrodo de oro sobre una placa de bronce fosforado recubierta con una capa de poliimida. A continuación, eliminaron selectivamente el material de poliimida debajo de la región central del electrodo de oro, formando una estructura independiente. Finalmente, agregaron gota a gota una solución de etanol que contenía NT al sustrato, lo que resultó en la formación de una sola capa de moléculas de NT que unen los electrodos de oro.

Una vez fabricada la unión, los investigadores realizaron mediciones simultáneas de dispersión Raman mejorada en superficie (SERS) y corriente-voltaje (I-V) in situ empleando la técnica de unión de ruptura controlable mecánicamente. "A esto le siguió un análisis de correlación de la energía vibratoria medida y los valores de conductancia eléctrica, lo que permitió identificar las interacciones intermoleculares y entre molécula y electrodo y las propiedades de transporte en la unión NT", explica el Dr. Kaneko.

Las mediciones de corriente-voltaje revelaron distintos estados de alta y baja conductividad. Mientras que un estado de alta conductancia se originó a partir de una unión NT-monómero, donde la molécula interactúa directamente con electrodos de oro a través de un enlace π directo, el estado de baja conductancia surgió debido a un dímero NT formado por la interacción intermolecular π-π.

Sin embargo, al considerar la energía vibratoria junto con la conductancia se confirmaron tres estructuras distintas en la unión, correspondientes a un estado de alta conductancia y dos estados de baja conductancia, respectivamente. Cuando el anillo de naftaleno, tanto en configuración de dímero como de monómero, interactuó directamente con los electrodos de oro a través del acoplamiento π, se formaron uniones altamente conductoras. Por el contrario, las interacciones débiles entre el anillo de naftaleno y el electrodo de oro a través del acoplamiento espacial dieron como resultado uniones débilmente conductoras.

"La aplicación simultánea de las técnicas SERS e I-V podría discriminar las diversas interacciones no covalentes en la unión molecular NT, arrojando luz sobre sus propiedades de transporte de electrones. Además, el carácter no covalente también fue revelado por los espectros de densidad de potencia", dice el Dr. Nishino.

Por lo tanto, los presentes hallazgos proporcionan información importante sobre las interacciones π-π que podrían allanar el camino para la utilización de moléculas aromáticas en el diseño de futuras tecnologías y dispositivos electrónicos.

Más información: Kanji Homma et al, Enlace intermolecular y electrodo-molécula en una unión de dímero único de naftalenotiol según lo revelado por dispersión Raman mejorada en superficie combinada con mediciones de transporte, Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2023). DOI:10.1021/jacs.3c02050

Información de la revista: Revista de la Sociedad Química Estadounidense

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Tokio