Het oppervlak van metalen speelt een sleutelrol in veel technologisch relevante gebieden, zoals katalyse, sensortechnologie en batterijonderzoek. Bijvoorbeeld, de grootschalige productie van veel chemische verbindingen vindt plaats op metalen oppervlakken, waarvan de atomaire structuur bepaalt of en hoe moleculen met elkaar reageren. Tegelijkertijd, de oppervlaktestructuur van een metaal beïnvloedt zijn elektronische eigenschappen. Dit is vooral belangrijk voor de efficiëntie van elektronische componenten in batterijen. Wereldwijd werken onderzoekers daarom intensief aan de ontwikkeling van nieuwe soorten methoden om de structuur van metalen oppervlakken op atomair niveau af te stemmen.

Een team van onderzoekers van de Universiteit van Münster, bestaande uit natuurkundigen en chemici en geleid door Dr. Saeed Amirjalayer, heeft nu een moleculair hulpmiddel ontwikkeld dat het mogelijk maakt, op atomair niveau, om de structuur van een metalen oppervlak te veranderen. Met behulp van computersimulaties, het was mogelijk om te voorspellen dat de herstructurering van het oppervlak door individuele moleculen - de zogenaamde N-heterocyclische carbenen - op dezelfde manier plaatsvindt als een ritssluiting. Tijdens het proces, ten minste twee carbeenmoleculen werken samen om de structuur van het oppervlak atoom voor atoom te herschikken. De onderzoekers konden experimenteel bevestigen, als onderdeel van de studie, dit "rits-type" mechanisme waarbij de carbeenmoleculen samenwerken op het goudoppervlak om twee rijen goudatomen samen te voegen tot één rij. De resultaten van het werk zijn gepubliceerd in het tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie .

In eerdere studies hadden de onderzoekers uit Münster de hoge stabiliteit en mobiliteit van carbeenmoleculen aan het goudoppervlak aangetoond. Echter, geen specifieke verandering van de oppervlaktestructuur veroorzaakt door de moleculen kon eerder worden aangetoond. In hun laatste onderzoek, de onderzoekers bewezen voor het eerst dat de structuur van een goudoppervlak heel precies wordt gewijzigd door samenwerking tussen de carbeenmoleculen. "De carbeenmoleculen gedragen zich als een moleculaire zwerm - met andere woorden, ze werken als een groep samen om de lange-afstandsstructuur van het oppervlak te veranderen, " legt Saeed Amirjalayer uit. "Gebaseerd op het 'rits'-principe, de oppervlakte-atomen worden systematisch herschikt, en, na dit proces, de moleculen kunnen van het oppervlak worden verwijderd."

De nieuwe methode maakt het mogelijk om nieuwe materialen te ontwikkelen met specifieke chemische en fysische eigenschappen, geheel zonder macroscopische hulpmiddelen. "In industriële toepassingen vaak macroscopische gereedschappen, dergelijke persen of rollen, worden gebruikt, " Amirjalayer gaat verder. "In de biologie, deze taken worden uitgevoerd door bepaalde moleculen. Ons werk toont een veelbelovende klasse van gesynthetiseerde moleculen die een vergelijkbare benadering gebruiken om het oppervlak te modificeren." Het team van onderzoekers hoopt dat hun methode in de toekomst zal worden gebruikt om bijvoorbeeld nieuwe soorten elektrodes te ontwikkelen of om chemische reacties op oppervlakken te optimaliseren.