Scheikundigen en natuurkundigen van de Universiteit van Californië in Berkeley, de universiteit van San Sebastian in Spanje en het Lawrence Berkeley National Laboratory hebben met behulp van een atoomkrachtmicroscoop een chemische reactie ‘in actie’ betrapt. Echt in actie was het niet, omdat er een plaatje werd gemaakt voor en na. Op de met de microscoop gemaakte afbeeldingen zouden, voor het eerst, niet alleen de atomen zijn te onderscheiden, maar ook de verbindingen tussen de atomen. Daarmee is direct de structuur van de moleculen te ‘zien’. Tot nu toe moesten scheikundigen de molecuulstructuur afleiden uit spectrogrammen.
Met deze nieuwe techniek zal het voor scheikundigen makkelijker worden te achterhalen hoe het reactiemechanisme in elkaar steekt, waardoor het makkelijker wordt de ‘juiste’ weg naar een beoogd product te vinden. Dat is van grote betekenis, want bij veel reacties tasten chemici in het duister waar het gaat om de manier waarop een chemische reactie verloopt. Assistent-hoogleraar scheikunde Felix Fischer, een van de onderzoekers, noemt de nieuwe techniek ‘baanbrekend’. “Hier hebben we een techniek in handen waarmee we kunnen zien hoe het molecuul er uit ziet.” Fischer ontwikkelt nanostructuren van de koolstofvorm grafeen die ongewoon kwantumgedrag vertonen, waardoor die mogelijk nuttig kunnen zijn voor nano-elektronische componenten.
Hij loopt daarbij regelmatig tegen het probleem aan dat hij niet weet hoe een gemaakte structuur er uit ziet. Samen met atoomkrachtmicroscoopspecialist Michael Crommie ontwikkelde hij een methode om de reactie ‘live’ te volgen. Daartoe koelden ze het reactieoppervlak af tot 4°K (zo’n -270°C). Ze plakten een koolstofmono-oxidemolecuul op de tip van de taster om zo, zonder de moleculen aan te raken, een plaatje ervan te maken. Eigenlijk moeten we het dan hebben over een rastertunnelmicroscoop, omdat bij een atoomkrachtmicroscoop de taster wel degelijk over het oppervlak gaat, maar deze techniek wordt toch contactloze atoomkrachtmicroscopie genoemd. Ze maakten bij 4°K een plaatje van het uitgangsmolecuul. Verwarmden het oppervlak om de reactie te laten plaatsvinden en koelden weer naar 4 graden Kelvin om een plaatje van het eindproduct te maken. “Je beperkt wel de reactiviteit door de reactie aan het oppervlak te laten plaatsvinden”, stelt Fischer, ” maar het biedt je het voordeel dat je afzonderlijke moleculen kunt bekijken. Uiteindelijk willen we nieuwe oppervlaktechemie ontwikkelen om qua opbouw zeer geordende structuren op oppervlakken te kunnen bouwen, voor, bijvoorbeeld, elektronische componenten, of logische poorten van koolstof.”

Bron: Universiteit van Californië, Berkeley (& foto’s)