La superficie dei metalli gioca un ruolo chiave in molti settori tecnologicamente rilevanti, come la catalisi, tecnologia dei sensori e ricerca sulle batterie. Per esempio, la produzione su larga scala di molti composti chimici avviene su superfici metalliche, la cui struttura atomica determina se e come le molecole reagiscono tra loro. Allo stesso tempo, la struttura superficiale di un metallo influenza le sue proprietà elettroniche. Ciò è particolarmente importante per l'efficienza dei componenti elettronici nelle batterie. I ricercatori di tutto il mondo stanno quindi lavorando intensamente allo sviluppo di nuovi tipi di metodi per adattare la struttura delle superfici metalliche a livello atomico.

Un team di ricercatori dell'Università di Münster, composto da fisici e chimici e guidato dal Dr. Saeed Amirjalayer, ha ora sviluppato uno strumento molecolare che rende possibile, a livello atomico, modificare la struttura di una superficie metallica. Utilizzando simulazioni al computer, era possibile prevedere che la ristrutturazione della superficie da parte delle singole molecole, i cosiddetti carbeni N-eterociclici, avvenga in modo simile a una cerniera. Durante il processo, almeno due molecole di carbene cooperano per riorganizzare la struttura della superficie atomo per atomo. I ricercatori potrebbero confermare sperimentalmente, come parte dello studio, questo meccanismo "tipo cerniera" in cui le molecole di carbene lavorano insieme sulla superficie dell'oro per unire due file di atomi d'oro in una riga. I risultati del lavoro sono stati pubblicati sulla rivista Angewandte Chemie Edizione Internazionale .

In studi precedenti i ricercatori di Münster avevano dimostrato l'elevata stabilità e mobilità delle molecole di carbene sulla superficie dell'oro. Però, non è stato possibile dimostrare in precedenza alcun cambiamento specifico della struttura superficiale indotto dalle molecole. Nel loro ultimo studio, i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che la struttura di una superficie d'oro viene modificata in modo molto preciso a seguito della cooperazione tra le molecole di carbene. "Le molecole di carbene si comportano come uno sciame molecolare, in altre parole, lavorano insieme come un gruppo per cambiare la struttura a lungo raggio della superficie, " Spiega Saeed Amirjalayer. "Sulla base del principio della 'cerniera', gli atomi di superficie sono sistematicamente riorganizzati, e, dopo questo processo, le molecole possono essere rimosse dalla superficie."

Il nuovo metodo consente di sviluppare nuovi materiali con proprietà chimiche e fisiche specifiche, completamente senza strumenti macroscopici. "Nelle applicazioni industriali spesso strumenti macroscopici, tali presse o rulli, sono utilizzati, " Amirjalayer continua. "In biologia, questi compiti sono svolti da alcune molecole. Il nostro lavoro mostra una promettente classe di molecole sintetizzate che utilizza un approccio simile per modificare la superficie." Il team di ricercatori spera che il loro metodo sarà utilizzato in futuro per sviluppare ad esempio nuovi tipi di elettrodi o per ottimizzare le reazioni chimiche sulle superfici.