A estrutura de uma junção molecular com interação não covalente desempenha um papel fundamental no transporte de elétrons, revela um estudo recente conduzido por pesquisadores da Tokyo Tech. Através de espalhamento Raman aprimorado pela superfície simultânea e medições de corrente-tensão, eles descobriram que uma única junção de dímero da molécula de naftalenotiol mostra três ligações diferentes, a saber, interações π – π intermoleculares e através de π e através do espaço molécula-eletrodo.



A interação π – π é um tipo de interação não covalente que ocorre quando as nuvens de elétrons nos orbitais π de anéis aromáticos ou sistemas moleculares conjugados com π se sobrepõem. Essa interação permite um movimento eficiente de elétrons entre as moléculas, oferecendo potencial para projetar materiais com propriedades eletrônicas únicas.

A estrutura das junções formadas por estas moléculas desempenha um papel decisivo no transporte de elétrons. No entanto, informações estruturais insuficientes sobre essas junções tornaram difícil estabelecer uma relação clara entre a estrutura e as propriedades de transporte de elétrons.

Para colmatar esta lacuna de conhecimento, um grupo de investigadores do Japão, liderado pelo Professor Assistente Satoshi Kaneko e pelo Professor Associado Tomoaki Nishino do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech), fabricou recentemente uma junção única de dímero e monómero da molécula de naftalenotiol (NT) e conduziram um exame detalhado de sua estrutura e propriedades de transporte de elétrons usando medições ópticas e elétricas combinadas. O estudo deles foi publicado recentemente no Journal of the American Chemical Society .

Os pesquisadores fabricaram a junção depositando primeiro um eletrodo de ouro em uma placa de bronze fosforoso revestida com uma camada de poliimida. Em seguida, removeram seletivamente o material de poliimida abaixo da região central do eletrodo de ouro, formando uma estrutura independente. Finalmente, eles adicionaram gota a gota solução de etanol contendo NT ao substrato, resultando na formação de uma única camada de moléculas de NT ligando os eletrodos de ouro.

Depois de fabricar a junção, os pesquisadores conduziram simultaneamente espalhamento Raman aprimorado pela superfície (SERS) e medições de corrente-tensão (I – V) simultâneas, empregando a técnica de junção de ruptura mecanicamente controlável. "Isso foi seguido por uma análise de correlação dos valores medidos de energia vibracional e condutância elétrica, permitindo a identificação das interações intermoleculares e molécula-eletrodo e propriedades de transporte na junção NT", explica o Dr.

As medições de corrente-tensão revelaram estados distintos de alta e baixa condutividade. Enquanto um estado de alta condutância originou-se de uma junção NT-monômero, onde a molécula interage diretamente com eletrodos de ouro através da ligação π direta, o estado de baixa condutância emergiu devido a um dímero NT formado pela interação intermolecular π-π.

No entanto, considerar a energia vibracional juntamente com a condutância confirmou três estruturas distintas na junção, correspondendo a um estado de alta condutância e dois estados de baixa condutância, respectivamente. Quando o anel de naftaleno - tanto nas configurações de dímero quanto de monômero - interagiu diretamente com os eletrodos de ouro através do acoplamento π, formaram-se junções altamente condutoras. Por outro lado, interações fracas entre o anel de naftaleno e o eletrodo de ouro através do acoplamento espacial resultaram em junções fracamente condutoras.

"A aplicação simultânea das técnicas SERS e IV poderia discriminar as várias interações não covalentes na junção molecular do NT, esclarecendo suas propriedades de transporte de elétrons. Além disso, o caráter não covalente também foi revelado pelos espectros de densidade de potência, "diz o Dr.

As presentes descobertas fornecem, portanto, informações importantes sobre as interações π-π que poderiam abrir caminho para a utilização de moléculas aromáticas no projeto de futuras tecnologias e dispositivos eletrônicos.

Mais informações: Kanji Homma et al, Intermolecular and Electrode-Molecule Bonding in a Single Dimer Junction of Naphthalenethiol as Revealed by Surface-Enhanced Raman Scattering Combined with Transport Measurements, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c02050
Informações do diário: Jornal da Sociedade Americana de Química

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia de Tóquio