Onderzoekers over de hele wereld werken aan de ontwikkeling van efficiënte materialen om CO₂ . om te zetten in bruikbare chemische stoffen – werk dat bijzonder dringend is met het oog op de opwarming van de aarde.

Een team van de Universiteit van Göttingen, Duitsland, en het Ulsan National Institute for Science, Zuid-Korea, heeft een nieuwe en veelbelovende aanpak ontdekt:katalytisch actieve moleculen zijn nano-opgesloten - wat betekent dat ze in een omgeving worden geplaatst die heel weinig ruimte overlaat voor de enkele moleculen - op een oppervlak dat dient als een geleidende elektronenleverancier.

Deze moleculen bevorderen specifieke chemische reacties. Dergelijke hybride systemen maken gebruik van zowel de eigenschappen van de moleculen als de eigenschappen van het substraat. De resultaten zijn gepubliceerd in Science Advances .

De eerste stap voor het team was om de katalytisch actieve moleculen als een damp op gepolijst zilver af te zetten voordat ze werden onderzocht met een hoge resolutie scanning tunneling microscoop gebouwd in Göttingen. "Tot onze absolute verbazing rangschikken de moleculen zichzelf, als bij toverslag, in bijna perfecte enkellaagse structuren op het oppervlak", zegt Lucas Paul, Ph.D. student, Universiteit van Göttingen, en co-auteur van de studie.

"Naast het afbeelden van individuele moleculen, kan de energie van de geïnjecteerde elektronen zo nauwkeurig worden aangepast in de scanning tunneling-microscoop dat chemische reacties kunnen worden geïnduceerd en waargenomen in een enkel molecuul", legt natuurkundige professor Martin Wenderoth uit. Wenderoth leidde het project samen met chemicus professor Inke Siewert, aan het Collaborative Research Center 1073 "Atomic Scale Control of Energy Conversion" van de Universiteit van Göttingen. Siewert voegt eraan toe dat ze "in staat zijn om individuele chemische bindingen heel precies te verbreken."

De onderzoekers laten zien dat moleculen die bijzonder dicht op elkaar gepakt zijn aan het oppervlak, veranderde chemische eigenschappen hebben. Zo kan exclusief voor de "gevangen" moleculen de binding worden verbroken en vervolgens ook worden hersteld, aangezien het afgescheiden deel van het molecuul zich slechts zeer weinig van de rest van het molecuul kan verwijderen. "Dit laat zien hoe een gebrek aan ruimte, op atomair niveau, kan worden gebruikt om chemische reacties te manipuleren", zegt eerste auteur Ole Bunjes, Universiteit van Göttingen.

Het onderzoeksteam wil dat hun experimenten bijdragen aan de ontwikkeling van efficiënte moleculaire oppervlaktesystemen met nauwkeurig bepaalde eigenschappen. Daarnaast willen ze onderzoeken of hun nieuwe systeem geschikt is als moleculair datageheugen. + Verder verkennen

Pulsen van een atoomscherpe punt stellen onderzoekers in staat om naar believen chemische bindingen te verbreken en te vormen