Uma única molécula de trifenilfosfina sobre grafite

Os pesquisadores usaram a espectroscopia de nêutrons para descobrir o movimento único da trifenilfosfina no grafite, semelhante ao moonlander, avançando nossa compreensão do movimento molecular e suas aplicações na ciência dos materiais. Crédito: TU Graz

Visão em nanoescala do movimento molecular em superfícies.

Os pesquisadores utilizaram dados de espectroscopia de nêutrons do ILL para obter insights inovadores sobre o movimento molecular no nanoescala, oferecendo novas perspectivas que podem influenciar o desenvolvimento de futuros materiais e tecnologias. O estudo foi publicado recentemente na revista Química das Comunicações.

Durante anos, os cientistas ficaram intrigados com a forma como as moléculas se movem através das superfícies. O processo é crítico para inúmeras aplicações, incluindo catálise e fabricação de dispositivos em nanoescala.

Agora, usando experimentos de espectroscopia de nêutrons realizados no Instituto Laue-Langevin (ILL) e modelos teóricos avançados e simulações computacionais, uma equipe liderada por Anton Tamtögl, da Universidade de Tecnologia de Graz, revelou o movimento único da trifenilfosfina (PPh3) moléculas em superfícies de grafite, um comportamento semelhante ao de um moonlander nanoscópico.

Na verdade, PPh3 as moléculas exibem uma forma notável de movimento, rolando e traduzindo de maneiras que desafiam a compreensão anterior. Este movimento semelhante ao moonlander parece ser facilitado por sua geometria única e ligação de três pontos com a superfície.

“Investigar o mundo complexo do movimento molecular em superfícies de grafite tem sido uma jornada emocionante”, revela Anton Tamtögl, acrescentando: “As medições e a simulação revelaram um movimento sofisticado e uma ‘dança’ das moléculas, proporcionando-nos uma compreensão mais profunda da dinâmica da superfície e abrindo novos horizontes para a ciência dos materiais e a nanotecnologia.”


Vídeo ilustrando o movimento de uma única molécula de trifenilfosfina sobre grafite em vista superior, extraído de uma simulação de dinâmica molecular a uma temperatura de 300 K. Crédito: TU Graz

O papel da trifenilfosfina na indústria

A trifenilfosfina é uma molécula importante para a síntese de compostos orgânicos e nanopartículas com inúmeras aplicações industriais. A molécula exibe uma geometria peculiar: PPh3 é piramidal com um arranjo semelhante a uma hélice de seus três grupos cíclicos de átomos (ver imagem).

Os nêutrons oferecem possibilidades únicas no estudo da estrutura e dinâmica dos materiais. Numa experiência típica, os neutrões espalhados pela amostra são medidos em função da mudança na sua direção e energia. Devido à sua baixa energia, os nêutrons são uma excelente sonda para estudar excitações de baixa energia, como rotações moleculares e difusão. As medições de espectroscopia de nêutrons foram realizadas no ILL Instruments IN5 (espectrômetro TOF) e IN11 (espectrômetro spin-eco de nêutrons).

Moonlander molecular

Ilustração mostrando uma única molécula de trifenilfosfina sobre grafite. Crédito: TU Graz

“É incrível ver como os poderosos espectrômetros do ILL nos permitem acompanhar a dinâmica desses sistemas moleculares fascinantes, mesmo que a quantidade de amostra seja minúscula”, diz o cientista do ILL, Peter Fouquet, explicando que “os feixes de nêutrons não destroem essas amostras sensíveis e permitem uma comparação perfeita com simulações de computador.“

O estudo mostra que o PPh3 as moléculas interagem com a superfície do grafite de uma maneira que lhes permite mover-se com barreiras de energia surpreendentemente baixas. O movimento é caracterizado por rotações e translações (movimentos de salto) das moléculas. Enquanto as rotações e o movimento intramolecular dominam até cerca de 300 K, as moléculas seguem um movimento de salto translacional adicional através da superfície de 350-500 K.

A compreensão dos mecanismos detalhados do movimento molecular em nanoescala abre novos caminhos para a fabricação de materiais avançados com propriedades personalizadas. Além do interesse fundamental, o movimento do PPh3 e compostos relacionados em superfícies de grafite é de grande importância para aplicações.

Referência: “Movimento molecular de um moonlander nanoscópico por meio de translações e rotações de trifenilfosfina em grafite” por Anton Tamtögl, Marco Sacchi, Victoria Schwab, Michael M. Koza e Peter Fouquet, 6 de abril de 2024, Química das Comunicações.
DOI: 10.1038/s42004-024-01158-7



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