Resumen de Interactions and processes of short organic molecules on surfaces: from model prebiotic surface reactivity to organic transistors
Esta Tesis examina distintos fenómenos que ocurren a escala nanométrica sobre la interacción “molécula-superficie” y aborda el estudio de algunos casos particulares de superficies e interfases. Para ello la Ciencia de Superficies ofrece un conjunto de técnicas experimentales para el estudio de estos procesos que tienen lugar a nivel atómico y molecular. Utilizando los métodos bien establecidos en Ciencia de Superficies como la espectroscopía, microscopias de superficie, electroquímica o técnicas modernas de nanofabricación, en esta Tesis se han crecido películas ultradelgadas y fabricado dispositivos, caracterizado, analizado y estudiado diversos sistemas nanométricos. Hemos querido usar y demostrar que el mismo tipo de aproximación de Ciencia de Superficies para el estudio de este tipo de interacciones molécula-superficie es válido e importante tanto para problemas de Ciencia Fundamental como para aplicaciones y dispositivos nanotecnológicos. Desde un punto de vista de Ciencia Fundamental, desde principios del siglo XX en que surgieron las teorías abióticas del origen de la vida, la interacción entre moléculas simples y las superficies minerales que existieron en un estadio primitivo de la Tierra han sido vistas como un punto de partida para reacciones químicas cada vez más complejas que condujesen a la aparición de moléculas fundamentales para el desarrollo de organismos vivientes. Un ejemplo de ello son la formación de péptidos a partir de aminoácidos, ya que los péptidos son los bloques constituyentes de las proteínas que se codifican en el ADN. En la primera parte de esta Tesis se estudia el problema de la polimerización de aminoácidos en superficies tratando de observar la formación de enlaces péptidos entre moléculas y la influencia de sustrato en esta formación. Para ello se han crecido películas delgadas del aminoácido L-Alanina y de su dipéptido más simple, la L-Dialanina, en distintos tipos de sustratos, uno metálico Cu(100) que sirve como modelo para estudiar interacciones fundamentales mediante espectroscopia de fotoemisión XPS, y en el que se ha observado mediante microscopia de efecto túnel la autoorganización de la Dialanina en una superestructura c(2x4). Mediante espectroscopia infrarroja se ha determinado la evolución y disposición de la molécula en la superficie en función del espesor y las energías de adsorción, así como los efectos de la temperatura. Se ha estudiado también los mismos fenómenos en una superficie de Al2O3 observando la similitud de los mismos grupos funcionales que intervienen en la adsorción de la Alanina y la Dialanina sobre Cu. En esta superficie se han analizado los procesos de transferencia de carga entre moléculas en estado aniónico y zwitterionico proponiendo que estos procesos de transferencia de carga molécula-superficie son el origen de la activación del aminoácido para la polimerización. En la segunda parte de la Tesis se han usado igualmente las técnicas experimentales de superficies para el estudio de dos sistemas de aplicación nanotecnológica, en catálisis y en dispositivos de electrónica molecular, basados ambos también en interacciones molécula-superficie. De una parte, se han fabricado películas ultradelgadas de FeNi sobre Pt mediante crecimiento combinado de pulverización catódica (magnetrón sputtering) y epitaxia de haces moleculares para producir un material con propiedades fotocalíticas para la reacción química de la oxidación heterogénea del agua (OER). Para ello, usando la composición Fe10Ni90 se han sintonizado las propiedades químicas deseadas a través del grado de oxidación del FeNi, y estudiado la influencia del estado o el contenido de óxido, así como la influencia del óxido en el posterior proceso de hidroxilación para obtener in oxidróxido de hierro-níquel, cuyas propiedades catalíticas han sido determinadas posteriormente en condiciones reales de electroquímica. En otra tercera sección se ha estudiado el sistema molécula-superficie en un dispositivo de electrónica molecular, dispositivos que adolecen de poca reproducibilidad de funcionamiento. Para estudiar los motivos de dicha reproducibilidad, con el ejemplo de la molécula de Ferroceno integrado en un transistor de efecto campo molecular (m-GFET), se ha intentado usar la espectroscopia XPS para la estudiar la interacción Ferroceno-grafeno y determinar los efectos de envejecimiento, observándose las cualidades superiores al usar grafeno que evita la oxidación molecular atmosférica, y se ha usado la micro-espectroscopía de rayos X para tratar de determinar la evolución del estado electrónico de la molécula durante el funcionamiento, observándose los efectos de cambio de estado electrónico con el tiempo
