O deseño de materiais a escala molecular é unha das grandes apostas da ciencia actual. Moléculas orgánicas planas e altamente conxugadas utilízanse xa en tecnoloxías avanzadas como sensores químicos, dispositivos optoelectrónicos ou sistemas de conversión de enerxía. Unha das estratexias máis prometedoras para mellorar as súas prestacións consiste en “conectar” varias destas unidades entre si, estendendo a súa estrutura electrónica e modificando así as súas propiedades.
Con todo, a medida que estas arquitecturas medran, a súa síntese vólvese extremadamente complexa. En moitos casos, as moléculas deixan de ser solubles e resultan practicamente inaccesibles mediante os métodos tradicionais en disolución. Este límite freou durante anos a construción de estruturas moleculares cada vez máis grandes e funcionais. Agora, un traballo liderado desde o Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS) da Universidade de Santiago (USC) por Luis M. Mateo e Diego Peña, logrou superar esta barreira mediante unha estratexia híbrida. O artigo protagonizou a portada da revista científica Angewandte Chemie.
Primeiro, sintetizan en disolución unidades de ftalocianinas coidadosamente deseñadas. Despois, estas deposítanse sobre unha superficie metálica onde reaccionan entre si e xeran unha nova estrutura estendida formada por cinco ftalocianinas fusionadas en forma de cruz. Deste xeito, combinan a precisión da química clásica en disolución coas posibilidades que ofrece a síntese sobre superficie baixo condicións controladas. “A superficie non só facilitou a síntese do pentámero de ftalocianinas, ademais permitiu a súa caracterización con resolución submolecular mediante microscopía de sonda de varrido”, asegura o investigador do CiQUS Luis M. Mateo.
Explorar propiedades únicas
O resultado é unha nanoarquitectura única na que as cinco unidades funcionan electronicamente como un só sistema estendido. Os experimentos demostran que esta conexión reduce significativamente a brecha enerxética do conxunto, unha propiedade clave para o transporte de carga e o desenvolvemento de materiais funcionais avanzados. Ademais, aproveitando a capacidade das ftalocianinas para coordinar metais na súa cavidade central, o deseño permite introducir de forma selectiva distintos metais en posicións concretas da estrutura, engadindo novas funcionalidades, como o magnetismo no núcleo central. Diego Peña sinala que o seguinte paso consiste en “modificar o deseño do precursor molecular para poder acceder a polímeros bidimensionais formados por ftalocianinas, un nanomaterial que permitirá explorar propiedades únicas”
O traballo, desenvolto no marco do proxecto MolDAM (ERC Synergy Grant), é froito dunha estreita colaboración coa University of Regensburg (Alemaña) e IBM Research Europe–Zúric (Suíza), combinando síntese química avanzada e microscopía de resolución atómica. Este avance non só amplía as posibilidades da química sintética, senón que abre a porta ao deseño de materiais bidimensionais aínda máis complexos, con potencial aplicación en electrónica molecular, tecnoloxías cuánticas e novos dispositivos enerxéticos.
O CiQUS conta co recoñecemento CIGUS da Xunta de Galicia, que acredita a calidade e impacto da súa investigación, e recibe apoio financeiro da Unión Europea a través do Programa Galicia FEDER 2021-2027.
Referencia: Outside Front Cover: Combined In-Solution and On-Surface Synthesis of a Fully Fused Cross-Shaped Phthalocyanine Pentamer (Publicado en Angewandte Chemie)
