Osservando i singoli atomi mentre si riorganizzano passo dopo passo, i chimici di RIKEN hanno gettato nuova luce sul percorso attraverso il quale le molecole aromatiche alogenate si uniscono su una superficie d'argento1. Queste intuizioni promettono di aiutare gli ingegneri a generare nanomateriali e dispositivi elettronici atomicamente precisi.

L'elettronica molecolare e le celle solari sono due esempi di dispositivi che potrebbero essere realizzati combinando insieme molecole organiche aromatiche in estesi, Strutture -coniugate che conducono elettricità.

"Un modo potente per costruire direttamente nuovi scaffold ad anello con caratteristiche -coniugate è la reazione nota come reazione di cicloaddizione dealogena sulla superficie, "dice Chi Zhang, un membro del Surface and Interface Science Laboratory di Yousoo Kim presso RIKEN. "Però, la mancanza di conoscenza degli stati intermedi che si formano durante questa reazione ha ostacolato la nostra capacità di progettare e ottimizzare con precisione i prodotti di reazione".

Una domanda chiave è come gli atomi d'argento della superficie su cui è stata condotta la reazione hanno interagito con le molecole organiche che reagiscono sulla loro superficie. La superficie dell'argento stabilizza gli intermedi radicali, o gli atomi d'argento dalla superficie reagiscono per formare intermedi organometallici?

o scoprire, il team ha confrontato i meccanismi di reazione concorrenti in gioco nelle reazioni di cicloaddizione dealogena sulla superficie combinando l'imaging con microscopia a effetto tunnel a scansione ad alta risoluzione (STM) (Fig. 1) con i calcoli della teoria del funzionale della densità.

"Per 'vedere' e chiarire gli stati intermedi coinvolti nella reazione, abbiamo catturato i rispettivi stati intermedi con temperature del substrato ben controllate, "Dice Zhang. "Quindi li abbiamo sondati con precisione con la punta STM".

Aumentando gradualmente la temperatura e osservando i cambiamenti strutturali avvenuti ad ogni incremento, i ricercatori sono stati in grado di studiare la reazione di cicloaddizione passo dopo passo. Hanno quindi interpretato le immagini STM con l'aiuto dei calcoli della teoria del funzionale della densità della struttura degli intermedi di reazione previsti.

Le osservazioni ei calcoli combinati del team hanno mostrato che la formazione di cluster organometallici era la via di reazione dominante rispetto alla formazione dei radicali. In particolare, l'energia della reazione favorisce notevolmente la partecipazione di un atomo d'argento alla formazione del dimero organometallico rispetto alla formazione dell'intermedio diradicale.

"La visualizzazione nello spazio reale di tutti i processi di reazione, combinata con ulteriori interpretazioni tramite calcoli teorici, ha finalmente chiarito il percorso graduale di reazione mediato dal metallo, che non è mai stato segnalato prima, "Dice Zhang. "Penso che questo meccanismo possa essere generalizzato anche ad altre sintesi in superficie".

Il team proverà poi altre fonti di eccitazione di reazione come la luce per indurre reazioni e sintesi sulla superficie.