L'identificazione di nuovi legami chimici è cruciale per la progettazione di nuove strutture materiali. Un team guidato da Jani Kotakoski dell'Università di Vienna e Jannik Meyer dell'Università di Tubinga ha scoperto nuove configurazioni inaspettate di ossigeno e azoto nel grafene. Le immagini dirette degli atomi reali e l'analisi dei risultati sono state pubblicate sulla rinomata rivista Comunicazioni sulla natura .

La vita come la conosciamo si basa solo su una manciata di diversi tipi di atomi (chiamati elementi), tra questi il ​​carbonio, azoto e ossigeno. Ciò che consente la complessità della vita è la capacità degli atomi di connettersi tra loro tramite legami chimici per formare strutture più grandi. Conoscere le possibili strutture di legame consente agli scienziati sia di comprendere gli elementi costitutivi della vita sia di progettare strutture completamente nuove.

Ogni tipo di atomo può formare un numero caratteristico di legami a seconda del numero di elettroni disponibili. Di conseguenza, i libri di chimica dicono che il carbonio può avere fino a quattro legami, azoto fino a tre, e ossigeno solo uno o due. Ora, un team guidato da Jani Kotakoski dell'Università di Vienna e Jannik Meyer dell'Università di Tubinga (ex Università di Vienna), ha studiato il legame di un gran numero di atomi di azoto e ossigeno utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione a scansione all'avanguardia. Ciò è stato reso possibile incorporando gli atomi nel materiale di carbonio dello spessore di un atomo, grafene.

È stato scoperto che gli atomi di azoto e ossigeno si legano ai loro vicini in una ricca varietà di configurazioni. Per la maggior parte, lo studio ha confermato l'immagine del libro di testo, che ora poteva essere visualizzato con immagini dirette di atomi reali:gli atomi di azoto erano legati a due o tre atomi di carbonio, mentre la maggior parte degli atomi di ossigeno aveva due vicini di carbonio. "Ciò che ci ha davvero sorpreso, però, era la presenza aggiuntiva di strutture con ossigeno legato a tre vicini di carbonio, "dice Christoph Hofer, l'autore principale dello studio che è stato recentemente pubblicato sulla rinomata rivista Comunicazioni sulla natura . "Fino ad ora, l'eccezione dell'ossigeno con tre legami era nota solo in uno stato insolito altamente carico, indicato come ossonio, che è difficile da stabilizzare, " spiega. Questo è in contrasto con lo studio attuale, dove le strutture erano notevolmente stabili permettendo la loro rappresentazione al microscopio. Lo studio ha anche rivelato una configurazione di "ossigeno accoppiato" in cui due atomi di ossigeno occupano siti vicini nel reticolo di grafene ma non creano un legame. Oltre a fornire nuove intuizioni agli elementi costitutivi della vita, queste nuove configurazioni di incollaggio possono anche portare allo sviluppo di nuovi materiali.

Globale, lo studio fornisce una panoramica completa delle diverse configurazioni di legame per azoto e ossigeno, illustrato direttamente attraverso le immagini dei singoli atomi. Mentre il concetto da manuale di legame per il carbonio, l'azoto e l'ossigeno sono stati per lo più confermati, questi elementi comuni possono ovviamente ancora riservare sorprese dopo decenni di studio.