Terwijl het vastpinnen van een enkel zuurstofatoom moeilijk klinkt, vervolgens proberen om elektronen geassocieerd met dat ene atoom te manipuleren om de lading ervan te veranderen, klinkt ronduit onmogelijk. Echter, Voor de eerste keer, deze prestatie is gemeld door een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Osaka University.

Samen met medewerkers uit Slowakije en het Verenigd Koninkrijk, afgestudeerde student Yuuki Adachi van de afdeling Toegepaste Natuurkunde van de Universiteit van Osaka heeft dit onderzoek onlangs gepubliceerd in: ACS Nano .

Zuurstof is een van de meest voorkomende elementen op aarde. Meestal gevonden in zijn diatomische vorm, O ₂ , zuurstof is zeer reactief en blijft niet lang in gasvormige toestand hangen. De grondtoestand, of minst reactieve vorm van zuurstof, wordt triplet-zuurstof genoemd omdat het drie mogelijke rangschikkingen van elektronenspins heeft. Echter, singlet zuurstof, met zijn enige mogelijke spin-opstelling, is reactiever en speelt een belangrijke rol in een breed scala aan chemische reacties, variërend van de productie van groene brandstof tot fotodynamische kankerbehandelingen.

Niet verwonderlijk dan, er is aanzienlijke belangstelling voor het beheersen van de vorming en activering van moleculaire zuurstof.

"We gebruikten Kelvin-sondekrachtspectroscopie om de ladingstoestanden van zuurstofatomen te onderzoeken die aan een titaniumdioxide-rutieloppervlak zijn bevestigd, en om vervolgens de lading te manipuleren door de overdracht van individuele elektronen van en naar paren zuurstofatomen, " legt Adachi uit. "We identificeerden drie verschillende laadtoestanden tussen de paren:O ^- /O ^- , O ^2- /O ^2- , en O ^- /O ^2- . Afhankelijk van de aangelegde spanning en waar we de punt van de sonde hebben geplaatst ten opzichte van de atomen, we zouden dan de lading omkeerbaar kunnen schakelen tussen de O ^- en O ^2- staten."

Het team toonde vervolgens aan dat ze dezelfde methode konden gebruiken om gecontroleerde, vorming van omkeerbare bindingen tussen twee aangrenzende zuurstofatomen, vorming van moleculaire zuurstof (O ₂ ).

interessant, ze ontdekten ook dat de ladingstoestand op afstand kon worden gecontroleerd door de punt ergens anders op het rutieloppervlak te plaatsen. Elektronen werden via oppervlaktepolarons naar de zuurstofatomen overgebracht, een fenomeen waarbij elektronen door een kristalrooster kunnen reizen.

"Dit niveau van controle over de ladingstoestand van zuurstofatomen was voorheen niet mogelijk, " zegt de corresponderende auteur van de studie Associate Professor Yan Jun Li. "Ons werk biedt een nieuwe methode om op overgangsmetaaloxide gebaseerde katalytische reacties te onderzoeken, en kan waarschijnlijk worden toegepast op andere atomen, en misschien andere oppervlakken, waar gecontroleerde chemische reacties die door ladingsmanipulatie worden geïnitieerd, worden uitgevoerd."