Des chercheurs produisent pour la première fois des polymères à partir de carbènes de type ballbot
Des chercheurs ont produit des polymères mobiles à longue chaîne sur des surfaces métalliques, au moyen de molécules de type "ballbot" qui glissent sur la surface.
Les carbènes n-hétérocycliques (NHC) sont de petites molécules réactives qui se lient bien aux surfaces métalliques et qui, ces dernières années, ont suscité beaucoup d'intérêt dans le domaine de la modification chimique stable des surfaces métalliques. L'une de ces propriétés, découverte à l'université de Münster il y a quelques années, est la capacité qu'ont certains dérivés de NHC non seulement de s'ancrer à des atomes métalliques individuels, mais aussi d'extraire complètement un atome individuel de la surface. Après s'être liés à ces "adatomes", les NHC glissent librement sur la surface - comme un "ballbot", c'est-à-dire un robot qui se déplace sur une sphère. En utilisant ces "molécules ballots" et en collaborant avec des chercheurs chinois, les physiciens et chimistes de Münster ont réussi pour la première fois à faire produire aux NHC halogénés des polymères mobiles à longue chaîne - c'est-à-dire des chaînes de molécules - sur des surfaces métalliques. Les détails de ce travail ont été publiés dans la revue "Nature Chemistry".
La mobilité des NHC de type ballbot ouvre de nouvelles possibilités, par exemple l'auto-assemblage en domaines hautement ordonnés à partir de ce type de molécules, jusqu'au comportement coopératif, de type essaim, des NHC qui transforment de manière autonome certaines surfaces métalliques en une structure hautement ordonnée différente, sans aucune influence extérieure telle que la lumière ou les électrons. "Harald Fuchs, professeur à l'Institut de physique de l'université de Münster et directeur scientifique du Centre de nanotechnologie (CeNTech) de Münster.
Les NHC peuvent être facilement modifiés dans les groupes d'azote (N) du corps hétérocyclique quintuple des molécules. Cela permet non seulement d'influencer l'interaction électronique entre les carbènes et les atomes d'une surface métallique - par exemple, l'or - mais aussi de contrôler l'alignement des carbènes verticalement ou parallèlement à une surface. Les NHC halogénés utilisés, qui ont été développés à l'Institut de chimie organique de l'université de Münster, se caractérisent par leur capacité à former spontanément des atomes sur les métaux nobles et par la mobilité qui en résulte. C'est une condition préalable à leur regroupement et à la réaction avec d'autres systèmes réactifs sur la surface.
"L'équilibre entre la réactivité chimique des unités structurelles monomériques et leur mobilité a été un facteur décisif dans la réussite des expériences", explique l'auteur principal, le professeur Jindong Ren, ancien chercheur postdoctoral dans le groupe du professeur Harald Fuchs et aujourd'hui chercheur principal et chef de groupe au National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) de Chine. D'une part, les monomères peuvent se déplacer facilement sur la surface grâce à leur propriété de "ballbot" ; d'autre part, le temps de contact entre les parties à la réaction doit être suffisamment long pour que la réaction se produise. Cela se produit avant tout grâce à la structure moléculaire et à un réglage approprié de la température pendant l'expérience.
Le contrôle des réactions chimiques et la mise en évidence des produits de réaction souhaités dans le domaine de la chimie de précision des surfaces nécessitent des expériences préparatoires et analytiques hautement spécialisées qui permettent d'observer les interactions moléculaires sur les surfaces et les différentes étapes de la réaction à une échelle submoléculaire. À cette fin, les chercheurs du CeNTech, du NCNST et du Beijing National Center for Condensed Matter Physics and Institute of Physics ont utilisé des méthodes de microscopie à balayage (STM et nc-AFM), ainsi que la spectroscopie par photoémission, pour clarifier les liaisons chimiques en cours et fournir des preuves des structures des billes. Les résultats expérimentaux ont été complétés par des simulations informatiques élaborées à l'Institute of Solid State Theory de l'université de Münster, basées sur des approches de mécanique quantique et des champs de force réactifs. Les résultats expérimentaux ont été complétés par des simulations informatiques élaborées à l'Institut de théorie de l'état solide de l'université de Münster, basées sur des approches de mécanique quantique et des champs de force réactifs.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Jindong Ren, Maximilian Koy, Helena Osthues, Bertram Schulze Lammers, Christian Gutheil, Marvin Nyenhuis, Qi Zheng, Yao Xiao, Li Huang, Arne Nalop, Qing Dai, Hong-Jun Gao, Harry Mönig , Nikos L. Doltsinis, Harald Fuchs, Frank Glorius (2023): On-surface synthesis of ballbot-type N-heterocyclic carbene polymers. Nature Chemistry
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