Création et rupture de liaisons chimiques dans des molécules uniques "nanoconfinées".
Une équipe de chercheurs étudie la réactivité de molécules uniques dans des conditions microscopiques contrôlées.
Des chercheurs du monde entier s'efforcent de mettre au point des matériaux efficaces pour convertir leCO2 en substances chimiques utilisables - un travail particulièrement urgent compte tenu du réchauffement climatique. Une équipe de l'université de Göttingen, en Allemagne, et de l'Institut national des sciences d'Ulsan, en Corée du Sud, a découvert une approche nouvelle et prometteuse : des molécules à activité catalytique sont nanoconfinées - c'est-à-dire placées dans un environnement qui laisse très peu d'espace aux molécules individuelles - sur une surface qui sert de fournisseur d'électrons conducteur. Ces molécules favorisent des réactions chimiques spécifiques. Ces systèmes hybrides utilisent à la fois les propriétés des molécules et celles du substrat. Les résultats ont été publiés dans Science Advances.
Image montrant comment les molécules catalytiques actives se sont arrangées en structures monocouches presque parfaites sur une surface d'argent polie.
Ole Bunjes
La première étape pour l'équipe a consisté à déposer les molécules à activité catalytique sous forme de vapeur sur de l'argent poli avant de les examiner à l'aide d'un microscope à effet tunnel à haute résolution construit à Göttingen. "À notre grand étonnement, les molécules se sont arrangées, comme par magie, en structures monocouches presque parfaites sur la surface", explique Lucas Paul, doctorant à l'université de Göttingen et coauteur de l'étude.
"Outre l'imagerie de molécules individuelles, l'énergie des électrons injectés peut être ajustée avec une telle précision dans le microscope à effet tunnel que des réactions chimiques peuvent être induites et observées dans une seule molécule", explique le professeur Martin Wenderoth, physicien. Wenderoth a dirigé le projet avec le professeur Inke Siewert, chimiste, au centre de recherche collaboratif "Atomic Scale Control of Energy Conversion" de l'université de Göttingen. Siewert ajoute : "Nous sommes capables de rompre très précisément des liaisons chimiques individuelles."
Les chercheurs montrent que les molécules qui sont particulièrement denses à la surface ont des propriétés chimiques modifiées. Ainsi, exclusivement pour les molécules "piégées", la liaison peut être rompue et par la suite également rétablie, puisque la partie séparée de la molécule ne peut que très légèrement s'éloigner du reste de la molécule. "Cela montre comment le manque d'espace, au niveau atomique, peut être utilisé pour manipuler les réactions chimiques", explique le premier auteur, Ole Bunjes, de l'université de Göttingen.
L'équipe de recherche souhaite que ses expériences contribuent au développement de systèmes de surfaces moléculaires efficaces aux propriétés déterminées avec précision. En outre, ils veulent déterminer si leur nouveau système peut servir de mémoire de données moléculaires.
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