p Monocamadas de grafeno podem ser cultivadas epitaxialmente em muitas superfícies de metal de cristal único sob ultra-alto vácuo. De um lado, essas monocamadas protegem superfícies metálicas altamente reativas de contaminantes, mas do outro lado, o empilhamento das camadas como carbono grafítico bloqueia a atividade dos catalisadores de metal de transição. A inércia do grafite e o bloqueio físico dos sítios ativos evitam que ocorram reações químicas na superfície do metal. p Pesquisadores liderados por Fernando Martín, Emilio Pérez e Amadeo Vázquez de Parga (IMDEA Nanociencia e Universidad Autónoma de Madrid) demonstraram que as monocamadas de grafeno nanoestruturadas em uma superfície de metal promovem uma reação química que dificilmente ocorreria em condições não catalisadas.

p Um cristal de rutênio, Ru (0001), foi coberto com uma camada de grafeno contínua epitaxialmente crescida. Por causa da diferença nos parâmetros de rede, uma nova superperiodicidade aparece na camada de grafeno e modula suas propriedades eletrônicas. Aproveitando a modulação, a superfície foi funcionalizada com grupos cianometileno (-CH ₂ CN), covalentemente ligado ao centro das áreas hexagonais compactadas na célula unitária de Moiré, e dopado com TCNQ (7, 7, 8, 8-tetraciano-p-quinodimetano). TCNQ é uma molécula aceptora de elétrons usada para dopar filmes de grafeno.

p Quando depositado na superfície de grafeno, esta molécula é absorvida em uma posição de ponte entre duas ondulações. Aqui, vale ressaltar o importante papel da superfície e da camada de grafeno em catalisar a reação de TCNQ e -CH ₂ CN. A reação de TCNQ com CH ₃ CN (os reagentes primitivos estão em fase gasosa) mais a perda de um átomo de hidrogênio é muito improvável por causa da barreira de alta energia (cerca de 5 eV). A presença da camada de grafeno reduz esta barreira de energia por um fator de 5, favorecendo assim a formação dos produtos.

p O grafeno nanoestruturado promove a reação de uma forma tripla:primeiro, ele contém o -CH ₂ CN no lugar; segundo, permite uma transferência eficiente de carga do rutênio; e terceiro, impede a absorção de TCNQ pelo rutênio permitindo que a molécula se difunda na superfície. "

p Uma reação limpa semelhante no rutênio puro não é possível, porque o caráter reativo do rutênio leva à absorção de CH ₃ O CN e dificulta a mobilidade das moléculas TCNQ uma vez absorvidas na superfície ", diz Amadeo. Os resultados confirmam o caráter catalítico do grafeno nesta reação." Tal seletividade seria difícil de obter usando outras formas de carbono, "Emilio confirma.

p Avançar, as moléculas TCNQ foram injetadas com elétrons usando o microscópio de tunelamento de varredura (STM). Esta manipulação individual das moléculas induz a quebra da ligação C-C, levando assim à recuperação dos reagentes iniciais:CH ₂ CN-grafeno e TCNQ. O processo é reversível e reproduzível no nível de uma única molécula. Como os pesquisadores observaram uma ressonância Kondo, a reversibilidade do processo pode ser considerada como um interruptor magnético reversível controlado por uma reação química.