Nanostructure 1D en surface basée sur un motif de coordination trinucléaire métal-organique :la configuration électronique locale au centre du métal est prometteuse pour de nouvelles fonctionnalités en optoélectronique et en catalyse. Crédit :FLOTTE
Les bio-organismes sont les machines les plus complexes que nous connaissons, et sont capables d'accomplir des fonctions exigeantes avec une grande efficacité.
Un thème commun à ces bio-machines est que tout ce qui est important se passe au niveau des molécules individuelles - c'est-à-dire, à l'échelle nanométrique.
La fonctionnalité de ces biosystèmes repose sur l'auto-assemblage, c'est-à-dire molécules interagissant précisément et sélectivement les unes avec les autres pour former des structures bien définies. Un exemple bien connu de ce phénomène est la structure en double hélice de l'ADN.
Maintenant, inspiré des bio-systèmes auto-assemblés, un groupe international de scientifiques comprenant des physiciens de FLEET a créé un nouveau à base de carbone, nanomatériau auto-assemblé, qui pourrait être la clé des nouvelles technologies photovoltaïques et de catalyse.
En utilisant l'auto-assemblage, les chercheurs ont pu concevoir, avec une précision à l'échelle atomique, une nouvelle nanostructure 1D composée de molécules organiques (à base de carbone) et d'atomes de fer.
Les résultats sont décrits dans deux études publiées ce mois-ci dans Communication Nature et ACS Nano .
Précision à l'échelle atomique via l'auto-assemblage :une voie vers la fonctionnalité
"Fabriquer des nanomatériaux en contrôlant la position d'atomes et de molécules simples un à la fois est très fastidieux, sinon impossible, " déclare le scientifique principal, le Dr Agustin Schiffrin, maître de conférences à l'Université Monash et chercheur en chef de FLEET.
"Au lieu, nous pouvons créer des structures atomiquement précises via l'auto-assemblage, en choisissant les bonnes molécules, atomes et conditions de préparation.
"Cela a l'avantage qu'aucune intervention extérieure n'est requise, " explique le Dr Schiffrin.
Une telle capacité d'auto-assemblage provient de l'utilisation de produits organiques (c'est-à-dire, à base de carbone) en tant que nano-unités de construction.
La forme, La taille et les groupes fonctionnels interactifs de ces molécules organiques peuvent être réglés d'un nombre presque infini de manières en utilisant la chimie de synthèse organique.
s une alternative à l'auto-assemblage programmé de molécules, Les chercheurs de Monash peuvent en fait placer des atomes individuels. Par exemple, ce projet de « microbranding » crée le logo FLEET à partir de 42 atomes de fer individuels. Crédit :FLOTTE
Le contrôle des interactions entre les molécules conduit à la création de la nanostructure bien définie, de la même manière que les interactions entre les acides nucléiques dans l'ADN donnent naissance à la double hélice.
« On peut ainsi construire des matériaux avec une précision très précise, structure d'ingénierie, ce qui donne au matériau les propriétés électroniques souhaitées, " dit la co-auteur Marina Castelli, un doctorat étudiant au sein de l'École de physique et d'astronomie de l'Université Monash.
"Tout comme les fonctions des bio-organismes dépendent d'interactions à l'échelle nanométrique, les propriétés physiques et électroniques de ces nouveaux matériaux proviennent de leur structure au niveau d'une seule molécule, " explique le chercheur associé de Monash, le Dr Cornelius Krull.
De bas en haut bat de haut en bas
Méthodes conventionnelles de nanofabrication de matériaux, comme la lithographie, s'appuyer sur des approches « top-down », avec des matériaux modelés par enlèvement de matière. De telles méthodes sont limitées à des résolutions de l'ordre du nanomètre au mieux.
Au lieu, les méthodes « de bas en haut » peuvent permettre une résolution de motif sub-nanométrique, avec le potentiel d'un niveau plus élevé de contrôle et d'efficacité des propriétés électroniques.
De plus, l'application d'approches de synthèse « de bas en haut » avec une surface comme substrat permet d'obtenir des nanostructures avec des propriétés qui ne peuvent pas être obtenues par des méthodes de synthèse conventionnelles.
Les nanomatériaux à base de complexes moléculaires métal-organiques permettent une vaste gamme de fonctionnalités utiles, à la fois technologique et biologique, de la catalyse au photovoltaïque en passant par la détection et le stockage de gaz.
Dans ces systèmes, la morphologie à l'échelle atomique et la configuration électronique du motif de coordination métal-organique jouent un rôle crucial, dicter leurs propriétés électroniques et chimiques globales.
Les deux études
L'article "Concevoir des propriétés optoélectroniques par synthèse en surface:formation et structure électronique d'un complexe macromoléculaire fer-terpyridine, " Publié dans ACS Nano , décrit la dépendance énergétique et spatiale des états électroniques (occupé et inoccupé) de la nanostructure organo-métallique à base de fer 1-D, dans une gamme d'énergie proche du niveau de Fermi, ce qui peut être utile pour des applications optoélectroniques telles que le photovoltaïque, dispositifs de photocatalyse et d'émission de lumière.
Étudier la structure et la chimie au niveau de l'atome unique L'article, "Nanostructures organo-métalliques trinucléaires à base de fer sur une surface avec accumulation locale de charges, " Publié dans Communication Nature , décrit à l'échelle atomique la structure intramoléculaire et la distribution des charges du motif non trivial de coordination fer-molécule, utile pour les applications de catalyse.
