Catene molecolari con morso: una svolta nella ricerca sui polimeri
Il processo senza alogeni produce la sintesi di PPP più pulita di sempre
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Le catene più lunghe del polimero conduttivo poli(p-fenilene) (PPP) prodotte finora sono lunghe poco meno di un micrometro (millesimo di millimetro) - quasi un ordine di grandezza in più di quanto fosse possibile in precedenza. Un gruppo di ricerca proveniente dai settori della chimica e della fisica, guidato dal Prof. Dr. Michael Gottfried dell'Università Philipps di Marburg, ha dimostrato per la prima volta che il PPP può essere sintetizzato sulle superfici attraverso una specifica polimerizzazione ad apertura anulare sotto forma di vera e propria crescita della catena.
Il valore di lunghezza statisticamente più frequente è di circa 170 nanometri, con un valore anomalo che arriva a quasi 1.000 nanometri. Record. Il nuovo processo, privo di alogeni, non richiede sottoprodotti dirompenti e apre quindi un accesso particolarmente pulito a catene di polimeri coniugati ultra-lunghe. Il team interdisciplinare dell'Università di Marburgo, Giessen, Lipsia e ricercatori cinesi ha pubblicato i risultati sulla rivista "Nature Chemistry".
Crescita mirata delle catene
A differenza delle precedenti reazioni di accoppiamento basate sulla superficie, in cui molti brevi pezzi di molecola si uniscono casualmente, qui una catena continua a crescere a un'estremità in modo controllato: molecole ad anello precompresse vengono aperte e attaccate a una superficie di rame in un vuoto ultraelevato dall'estremità reattiva della catena. "Questo meccanismo previene i sottoprodotti che altrimenti bloccherebbero la superficie per ulteriori reazioni", riferisce il chimico Michael Gottfried. Utilizzando la microscopia a scansione tunnellizzata (STM) ad alta risoluzione e la microscopia a forza atomica senza contatto (nc-AFM) con una punta funzionalizzata, i ricercatori sono riusciti a rendere direttamente visibili i singoli legami. Le misure di spettroscopia di fotoelettroni a raggi X (XPS) e NEXAFS hanno fornito ulteriori prove dei cambiamenti chimici avvenuti durante la reazione. Le simulazioni della teoria funzionale della densità dell'Università di Lipsia hanno supportato il percorso di reazione proposto e spiegato i vantaggi energetici della crescita delle catene. Le lunghissime catene di PPP possono essere riscaldate attraverso specifici stadi intermedi per produrre nuovi nanoribbons con lunghezze fino a circa 40 nanometri. "In seguito trasformiamo due catene in un nuovo nastro di carbonio, proprio come una chiusura lampo", spiega Gottfried.
Potenziali applicazioni per i componenti semiconduttori molecolari
Il lavoro è una ricerca di base nel senso migliore del termine: amplia il set di strumenti chimici per la produzione di strutture di carbonio di precisione atomica, potenziali elementi costitutivi per la futura elettronica molecolare, per i transistor organici o per i nuovi nanoribbon semiconduttori. "Il PPP è uno dei polimeri coniugati le cui proprietà elettroniche dipendono fortemente dalla lunghezza della catena e dalla perfezione strutturale", commenta Gottfried. Allo stesso tempo, le catene lunghissime che sono ora accessibili servono come punto di partenza per definire nanoribbons di carbonio con proprietà personalizzate".
Collaborazione di percorsi brevi
La scoperta è stata resa possibile dalla stretta interazione tra progettazione chimica, fisica delle superfici, microscopia ad alta risoluzione e teoria nell'area di interesse LOEWE "Principles of On-Surface Synthesis (PriOSS)", un progetto congiunto delle Università di Marburgo e Giessen. Percorsi brevi, competenze interdisciplinari e una combinazione coerente di idee, esperimenti e immagini atomiche: questo "spirito di Marburg-Gießen" permette di costruire molecole come se fossero un progetto e di visualizzare la loro formazione passo dopo passo. "Il lavoro di Michael Gottfried e del suo team dimostra in modo impressionante il potenziale che si cela nella stretta collaborazione tra le università di Marburgo e di Giessen presso il Campus Centrale di Ricerca dell'Assia", afferma il Vicepresidente per la Ricerca, Prof. Gert Bange. "Mettendo insieme competenze complementari, qui stanno emergendo scoperte scientifiche e nuove prospettive per i materiali di precisione atomica e le future tecnologie dei semiconduttori".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Qitang Fan, J. Michael Gottfried et al., On-Surface Radical Ring-Opening Polymerization Produces Ultra-Long Poly(p-phenylene) for Access to Nonbenzenoid Carbon Nanoribbons, Nature Chemistry (2026)
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