Chimie de surface utilisant des champs électriques élevés locaux
La chimie de surface est un sujet prometteur dans les nanosciences et est largement appliquée pour la génération de nanostructures et la modification chimique de molécules adsorbées afin de modifier leurs propriétés.
Dans ce travail [1], nous avons développé une approche basée sur l’application d’un champ électrique élevé entre la pointe d’un microscope à effet tunnel (STM) et un substrat métallique à travers des couches de molécules organiques pour induire des réactions chimiques. L’utilisation d’un champ électrique pour contrôler les réactions chimiques est un concept qui a été discuté dans les premiers travaux de Shaik et al.[2] En effet, l’électrochimie est basée sur la modification du potentiel chimique en appliquant une tension entre les deux électrodes d’une cellule électrochimique afin de contrôler des réactions d’oxidation-réduction. Ceci implique cependant un transport de charges et n’est pas applicable en ultra-vide. Dans ce travail nous abordons la question suivante: une réaction de déshydrogénation dans le vide peut-elle être déclenchée par un gradient de champ électrique en l’absence de transport par effet tunnel et donc dans la limite d’un courant nul ? Ce mécanisme a été démontré avec succès pour quelques rares cas[3]. Ici, nous avons étendu cette idée de la modification chimique d’une seule molécule à une couche moléculaire ordonnée. En tant que molécule prototype, nous utilisons la molécule de dihydrotétraazapentacène (DHTAP), qui était précédemment étudiée former des couches sur Au(111). En appliquant localement un champ électrique élevé, nous avons synthétisé des molécules TAP et MHTAP dérivées de DHTAP par la double ou simple déshydrogénation, respectivement, dans une couche auto-assemblée, deux molécules dont la voie de synthèse en chimie des solutions n’a pas été encore trouvée. Nous avons également montré qu’il est possible de déshydrogéner soit des molécules individuelles par des impulsions de tension électrique, soit un groupe de molécules en balayant une plus grande surface à des tensions élevées. Nos observations suggèrent qu’il pourrait être possible de préparer des couches de TAP à grande échelle via l’application non locale d’un champ électrique élevé.
Références :
[1] T. Leoni, T. Lelaidier, A. Thomas, A. Ranguis, O. Siri, C. Attaccalite and C. Becker, Nanoscale Adv., 2021, 3, 5565
[2] S. Shaik, S. de Visser and D. Kumar, J. Am. Chem. Soc., 2004, 126, 11746
[3] M. Alemani, et al., J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 14446–14447