Konjugerade polymerer är organiska makromolekyler som kännetecknas av en ryggradskedja av alternerande dubbel- och enkelbindningar. Deras överlappande p-orbitaler skapar ett moln av delokaliserade π-elektroner, vilket kan resultera i användbara optiska och elektroniska egenskaper. Utformningen av π-konjugerade polymerer är mycket önskvärd för tekniska tillämpningar som skräddarsydda komponenter för nanoelektronik.

Konjugerade polymerer syntetiserade genom våtkemi uppvisar defekter som är oförenliga med kraven för atomär exakt elektronik. Topologin för π-elektronnätverket är avgörande, eftersom det bestämmer grundtillståndets elektroniska struktur för sådana material. Det är därför intressant att utforma protokoll för att producera π-konjugerade polymerer med lågt bandgap. Kemi på ytan är en lovande procedur som gör det möjligt att konstruera sådana makromolekyler med kontroll över syntesen och strukturell karakterisering i atomär skala med hjälp av skanningsprobmikroskopi.

Forskare från Tjeckien och Spanien har gått samman för att designa kemiskt robusta polymerer med lågt bandgap. Deras föreslagna okonventionella strategi utnyttjar förhållandet mellan π-konjugation och specifika vibrationslägen för att öka försöksfrekvensen för en kemisk reaktion, vilket introducerar vikten av vibrationslägen i kemisk design på ytor.

De designade en enatoms tjock polymer på Au(111) baserad på bisantenmonomerer sammanlänkade av kumulenbryggor som uppvisar specifika vibrationslägen (se figur, vänster panel). I ett andra steg, vid ytterligare glödgning, sådana vibrationslägen styr reaktionen mellan intilliggande bisantenenheter, som ger upphov till en lång pentalen-bryggad polymer med ett lågt bandgap (figur, höger panel). Produkternas resonans och elektroniska egenskaper karakteriserades i detalj av scanning tunneling microscopy (STM) och non-contact atomic force microscopy (nc-AFM) med stöd av densitetsfunktionella teorin (DFT) studie av reaktioner på ytan.

"Våra resultat introducerar relevansen av att skräddarsy π-konjugationsresonansform för att styra vibrationslägen på ytor i syfte att främja annars uteslutna kemiska reaktionsvägar, säger Prof. David Écija.

"Studien indikerar att förutom övergångsläget, reaktantens inre vibrationssätt kan spela en viktig roll i reaktionsmekanismer, säger Prof. Pavel Jelínek.

"Vi föreställer oss att våra resultat kommer att öppna vägar för att designa mycket efterfrågade konjugerade nanomaterial, samtidigt som de visar strategier för att införliva icke-bensenoiddelar i polymervetenskap, " säger Prof. Nazario Martín.