Per anni gli scienziati sono stati incuriositi dal modo in cui le molecole si muovono sulle superfici. Il processo è fondamentale per numerose applicazioni, tra cui la catalisi e la produzione di dispositivi su scala nanometrica.
Ora, utilizzando esperimenti di spettroscopia neutronica eseguiti presso l'Institut Laue-Langevin (ILL) e modelli teorici avanzati e simulazioni al computer, un team guidato da Anton Tamtögl dell'Università di Tecnologia di Graz ha svelato il movimento unico della trifenilfosfina (PPh3 ) molecole su superfici di grafite, un comportamento simile a quello di un lander nanoscopico sulla Luna.
Il lavoro è pubblicato sulla rivista Communications Chemistry .
In effetti, PPh3 le molecole esibiscono una notevole forma di movimento, rotolando e traslando in modi che mettono in discussione le conoscenze precedenti. Questo movimento simile a quello di un lander lunare sembra essere facilitato dalla loro geometria unica e dal legame a tre punti con la superficie.
"Approfondire il complesso mondo del movimento molecolare sulle superfici di grafite è stato un viaggio emozionante", rivela Anton Tamtögl. "Le misurazioni e la simulazione hanno svelato un movimento sofisticato e una 'danza' delle molecole, fornendoci una comprensione più profonda delle dinamiche superficiali e aprendo nuovi orizzonti per la scienza dei materiali e la nanotecnologia."
La trifenilfosfina è una molecola importante per la sintesi di composti organici e nanoparticelle con numerose applicazioni industriali. La molecola presenta una geometria peculiare:PPh3 è piramidale con una disposizione ad elica dei suoi tre gruppi ciclici di atomi.
I neutroni offrono possibilità uniche nello studio della struttura e della dinamica dei materiali. In un tipico esperimento, i neutroni dispersi dal campione vengono misurati in funzione del cambiamento nella loro direzione ed energia. A causa della loro bassa energia, i neutroni sono un'eccellente sonda per studiare eccitazioni a bassa energia come le rotazioni e la diffusione molecolare. Le misurazioni della spettroscopia neutronica sono state eseguite presso gli strumenti ILL IN5 (spettrometro TOF) e IN11 (spettrometro spin-echo di neutroni).
"È sorprendente vedere come i potenti spettrometri dell'ILL ci permettono di seguire le dinamiche di questi affascinanti sistemi molecolari anche se la quantità di campione è minuscola", afferma lo scienziato dell'ILL Peter Fouquet. "I raggi di neutroni non distruggono questi campioni sensibili e consentono un confronto perfetto con le simulazioni al computer."
Lo studio mostra che PPh3 le molecole interagiscono con la superficie della grafite in un modo che consente loro di muoversi con barriere energetiche sorprendentemente basse. Il movimento è caratterizzato da rotazioni e traslazioni (salti) delle molecole. Mentre le rotazioni e il movimento intramolecolare dominano fino a circa 300 K, le molecole seguono un ulteriore movimento di salto traslazionale attraverso la superficie da 350-500 K.
La comprensione dei meccanismi dettagliati del movimento molecolare su scala nanometrica apre nuove strade per la fabbricazione di materiali avanzati con proprietà personalizzate. A parte l'interesse fondamentale, il movimento di PPh3 e composti correlati sulle superfici di grafite sono di grande importanza per le applicazioni.
Ulteriori informazioni: Anton Tamtögl et al, Movimento molecolare di un abitante della luna nanoscopico tramite traslazioni e rotazioni di trifenilfosfina su grafite, Chimica delle comunicazioni (2024). DOI:10.1038/s42004-024-01158-7
Informazioni sul giornale: Chimica delle comunicazioni
Fornito dall'Institut Laue-Langevin
