Cyanogruppen: Oberflächenfunktionalisierung
Vonlanthen nutzte Cyanogruppen-Chemie zur gezielten Funktionalisierung von Nanostrukturen für Katalyse, Sensorik und Nanoelektronik.
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Ein Molekül braucht einen guten Kontakt
Ein einzelnes Molekül als elektronisches Bauteil zu nutzen klingt nach Science-Fiction – ist aber seit über einem Jahrzehnt gelebte Forschungsrealität. Das grösste praktische Problem dabei ist banal, aber entscheidend: Wie befestigt man ein Molekül so an einer Goldelektrode, dass der elektrische Kontakt stabil, reproduzierbar und messbar bleibt?
Die Cyanogruppe als molekularer Stecker
Klassisch verwendete man dafür Schwefelgruppen (Thiole), die sich fest an Gold binden. Wir haben stattdessen die Cyanogruppe (–C≡N) getestet – eine kleine, chemisch robuste Funktionsgruppe, die sich über das freie Elektronenpaar am Stickstoff mit der Metalloberfläche verbindet. Der Vorteil: eine klar definierte, reproduzierbare Bindungsgeometrie statt der oft unvorhersehbaren Thiol-Gold-Kontakte.
Warum das heute wieder zählt
Stabile, gut charakterisierte molekulare Kontakte sind heute gefragter denn je: in der Sensorik, in gedruckter Elektronik und in der Suche nach Alternativen zu klassischen Halbleitern, wenn Miniaturisierung an physikalische Grenzen stösst. Eine verlässliche Oberflächenfunktionalisierung ist dabei die Grundvoraussetzung – ohne sauberen Kontakt keine verlässliche Messung, kein funktionierendes Bauteil.
Vom Labor zur Messung
Wir synthetisierten Biphenyl-Moleküle mit endständigen Cyanogruppen und massen deren Leitfähigkeit in einer Break-Junction-Apparatur: Eine Goldelektrode wird kontrolliert auseinandergezogen, bis sich einzelne Moleküle als Brücke zwischen zwei Elektrodenspitzen einklemmen. Aus tausenden solcher Messungen entsteht ein statistisch belastbares Leitfähigkeitsprofil.
Was wir zeigen konnten
Die Nitril-Anker lieferten scharf definierte, gut reproduzierbare Leitfähigkeitswerte – ein klares Signal, dass diese Ankergruppe eine ernstzunehmende Alternative zur etablierten Thiol-Chemie ist. Für das Design zukünftiger molekularer Bauteile eröffnete das eine neue, verlässlichere Werkzeugoption.
Publikation
JACS – das seröseste Forum der Chemie
Das Journal of the American Chemical Society gilt seit über hundert Jahren als eine der angesehensten und strengsten begutachteten Zeitschriften der gesamten Chemie. Eine Publikation dort durchläuft einen besonders rigorosen Peer-Review-Prozess – entsprechend hoch ist das fachliche Vertrauen, das ihr in der Community entgegengebracht wird.
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