A identificação de novas ligações químicas é crucial para o projeto de novas estruturas materiais. Uma equipe liderada por Jani Kotakoski na Universidade de Viena e Jannik Meyer na Universidade de Tübingen encontrou novas configurações inesperadas de oxigênio e nitrogênio no grafeno. Imagens diretas dos átomos reais e a análise das descobertas foram publicadas no renomado jornal Nature Communications .

A vida como a conhecemos é baseada em apenas um punhado de diferentes tipos de átomos (chamados de elementos), entre eles o carbono, nitrogênio e oxigênio. O que permite a complexidade da vida é a capacidade dos átomos de se conectarem entre si por meio de ligações químicas para formar estruturas maiores. Conhecer as possíveis estruturas de ligação permite que os cientistas compreendam os blocos de construção da vida e projetem estruturas completamente novas.

Cada tipo de átomo pode fazer um número característico de ligações dependendo do número de elétrons disponíveis. De acordo, livros didáticos de química dizem que o carbono pode ter até quatro ligações, nitrogênio até três, e oxigênio apenas um ou dois. Agora, uma equipe liderada por Jani Kotakoski na Universidade de Viena e Jannik Meyer na Universidade de Tübingen (anteriormente Universidade de Viena), estudou a ligação de um grande número de átomos de nitrogênio e oxigênio usando microscopia eletrônica de transmissão de varredura de última geração. Isso foi possível incorporando os átomos no material de carbono de um átomo de espessura, grafeno.

Os átomos de nitrogênio e oxigênio se ligam a seus vizinhos em uma rica variedade de configurações. Em geral, o estudo confirmou a imagem do livro didático, que agora poderia ser exibido com imagens diretas de átomos reais:os átomos de nitrogênio foram ligados a dois ou três átomos de carbono, enquanto a maioria dos átomos de oxigênio tinha dois vizinhos de carbono. "O que realmente nos surpreendeu, Contudo, foi a presença adicional de estruturas com oxigênio ligado a três vizinhos de carbono, "diz Christoph Hofer, o autor principal do estudo que foi publicado recentemente na renomada revista Nature Communications . "Até agora, a exceção do oxigênio com três ligações só era conhecida em um estado incomum de alta carga, referido como oxônio, que é difícil de estabilizar, ", explica. Isso contrasta com o estudo atual, onde as estruturas eram notavelmente estáveis, permitindo sua imagem no microscópio. O estudo também revelou uma configuração de "oxigênio emparelhado", onde dois átomos de oxigênio ocupam locais vizinhos na rede de grafeno, mas não criam uma ligação. Além de fornecer novos insights sobre os blocos de construção da vida, essas novas configurações de ligação também podem levar ao desenvolvimento de novos materiais.

Geral, o estudo fornece uma visão abrangente das diferentes configurações de ligação para nitrogênio e oxigênio, ilustrado diretamente por meio de imagens dos átomos individuais. Embora o conceito do livro didático de ligação para o carbono, nitrogênio e oxigênio foram principalmente confirmados, esses elementos comuns podem obviamente ainda produzir surpresas após décadas de estudo.