As interfaces moleculares formadas entre metais e compostos moleculares têm um enorme potencial como blocos de construção para futuros dispositivos optoeletrônicos e spin-eletrônicos. Complexos de ftalocianina e porfirina de metais de transição são componentes promissores para tais interfaces. Cientistas da Forschungszentrum Jülich, juntamente com uma equipe de cientistas internacionais, têm trabalhado para desenvolver um sistema modelo para projetar esses dispositivos com funções únicas e desempenho aprimorado, estabilizando e controlando os estados de rotação e oxidação nos complexos com precisão em nanoescala. Entre outras coisas, eles descobriram um mecanismo que pode ser usado no futuro para armazenar informações em porfirinas ou desenvolver sensores extremamente sensíveis para detectar dióxido de nitrogênio tóxico.
Alguns dos processos mais importantes em sistemas biológicos são catalisados ​​por enzimas contendo íons metálicos, onde a reatividade inesperada corresponde a baixos estados de oxidação. Por exemplo, as porfirinas, uma classe de moléculas de corantes, estão envolvidas na fotossíntese nas plantas e no transporte de oxigênio nos glóbulos vermelhos. Inspirados por suas funções biológicas, os cientistas atribuíram às porfirinas uma ampla gama de usos tecnológicos. No entanto, qualquer aplicação prática desses complexos organometálicos na esfera da tecnologia exige um controle em escala nanométrica das propriedades moleculares a serem exploradas.

Um grupo de cientistas do Forschungszentrum Jülich vem trabalhando nesses sistemas há algum tempo com o objetivo de ajustar suas propriedades eletrônicas e magnéticas e entender os mecanismos que governam as interações na interface. "Demos o primeiro passo nessa direção ao acoplar níquel-porfirina com cobre, que é uma superfície altamente interativa. Essa combinação única resulta em algumas propriedades realmente interessantes:por exemplo, o cobre promove uma transferência de carga significativa na porfirina. desencadeia a redução do metal central, o níquel, aproximando as características deste sistema dos sistemas biológicos que nos inspiraram em primeiro lugar. s alta reatividade?" explica o Dr. Vitaliy Feyer do Instituto Peter Grünberg de Jülich.

De fato, os íons metálicos Ni(I) de baixa valência insaturados nesta interface estão disponíveis para catálise, e a ligação de ligantes axiais, como pequenas moléculas diatômicas, oferece a possibilidade de controlar ainda mais os estados de oxidação e spin. O que parecia ser uma abordagem simples resultou em descobertas intrigantes:por exemplo, expor a interface molecular a uma baixa dosagem de dióxido de nitrogênio resultou na mudança do íon níquel para um estado de spin mais alto. Mesmo em um sistema multicamada enterrado, o íon níquel de baixa valência quimicamente ativo pode ser funcionalizado com dióxido de nitrogênio, proporcionando ajuste seletivo das propriedades eletrônicas do centro metálico.

A comutação de spin de coordenação do ligante axial na interface é um processo reversível, e o estado original pode ser restaurado pelo recozimento suave da interface. Enquanto o níquel funciona como um comutador reversível à temperatura ambiente, a estrutura eletrônica do backbone do macrociclo, onde os orbitais de fronteira estão localizados principalmente, permanece inalterada. "A razão para isso é que o forte contato da porfirina com o substrato parece se comportar como uma contraparte energética, evitando mais modificações geométricas causadas pelo chamado efeito trans de superfície", diz Iulia Cojocariu, Ph.D. estudante do Instituto Peter Grünberg. Este método nunca foi observado em temperatura ambiente antes e tem potencial para ser explorado no futuro para armazenar informações em porfirinas ou construir sensores extraordinariamente sensíveis para detectar substâncias perigosas como o dióxido de nitrogênio.

A pesquisa foi publicada em Pequeno . + Explorar mais

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