Nanoclusters (NCs) são materiais cristalinos que normalmente existem na escala nanométrica. Eles são compostos de átomos ou moléculas em combinação com metais como cobalto, níquel, ferro e platina, e encontraram diversas aplicações interessantes em diversos campos, incluindo distribuição de medicamentos, catálise e purificação de água.



Uma redução no tamanho dos NCs pode desbloquear potencial adicional, permitindo processos como a catálise de átomo único. Neste contexto, a coordenação de moléculas orgânicas com átomos individuais de metais de transição mostra-se promissora para novos avanços neste campo.

Uma abordagem inovadora para reduzir ainda mais o tamanho dos NCs envolve a introdução de átomos metálicos em filmes monocamadas automontados em superfícies planas. No entanto, é crucial ter cautela para garantir que o arranjo dos átomos metálicos nestas superfícies não perturbe a natureza ordenada destes filmes de monocamada.

Agora, em um estudo recente publicado no Journal of Materials Chemistry C Toyo Kazu Yamada da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Chiba, juntamente com Masaki Horie do Departamento de Engenharia Química da Universidade Nacional Tsing Hua, Satoshi Kera do Instituto de Ciência Molecular e Peter Krüger também da Escola de Pós-Graduação de A engenharia da Universidade de Chiba demonstrou o crescimento superficial de átomos de cobalto em arranjos de anéis moleculares à temperatura ambiente.

Falando sobre esse avanço, o Dr. Yamada diz:"Este método avançado de formação de nanoclusters funcionais com precisão em escala atômica pode ser utilizado no desenvolvimento de catalisadores altamente eficientes ou na computação quântica."

No estudo, a equipe usou estruturas moleculares em forma de anel chamadas “éteres de coroa”, que contêm anéis de benzeno e bromo. Essas estruturas foram usadas para capturar e cultivar NCs de cobalto em superfícies planas de cobre. Os NCs de cobalto resultantes eram de dois tamanhos, 1,5 nm e 3,6 nm. Para entender melhor suas propriedades e estrutura, várias técnicas foram empregadas, incluindo microscopia e espectroscopia de tunelamento de varredura de baixa temperatura (STM e STS), espectroscopia de fotoelétrons com resolução de ângulo (ARPES) com difração de elétrons de baixa energia (LEED) e teoria do funcional de densidade ( Cálculos DFT).

A análise revelou a formação de locais de superfície estáveis ​​aos quais os átomos de cobalto poderiam se fixar. Além disso, descobriu-se que a formação destes locais de superfície estáveis ​​​​é influenciada pela hibridização eletrônica (mistura) entre os éteres de coroa e o cobalto. Uma vez preso, o átomo de cobalto agiu como um centro de nucleação, atraindo outros átomos de cobalto para formar um NC. Além disso, diferentemente do comportamento usual das moléculas de éter coroa em solução, essas moléculas não aprisionaram o átomo metálico no centro do anel coroa. Em vez disso, o átomo de metal estava na borda, devido à presença de átomos de bromo naquele local.

Discutindo o potencial de longo prazo dessas descobertas, o Dr. Yamada diz:"O uso desta abordagem em aplicações como catálise de átomo único, miniaturização de meios spintrônicos e computação quântica contribuirá para o desenvolvimento de uma sociedade baseada na informação em uma forma que reduz o dióxido de carbono (CO₂ ) Produção."

Em resumo, a equipe demonstrou com sucesso o crescimento de NCs de cobalto explorando o potencial de captura de moléculas de éter de coroa bidimensionais em uma superfície de cobre. O comportamento químico das moléculas de éter coroa desviou-se das interações típicas observadas em solução, aprisionando átomos de cobalto na borda, e não no centro. É importante ressaltar que o método demonstrou produção eficaz e em larga escala de NCs com tamanho e morfologia bem definidos à temperatura ambiente.

Mais informações: Toyo Kazu Yamada et al, Crescimento na superfície de nanoaglomerados de cobalto de metal de transição usando uma matriz de éter coroa 2D, Journal of Materials Chemistry C (2023). DOI:10.1039/D3TC03339B
Fornecido pela Universidade de Chiba