Reorganization Energy upon Controlled Intermolecular Charge-Transfer Reactions in Monolithically Integrated Nanodevices

Autor(es)

Merces, Leandro ^[1] ; Candiotto, Graziani ^{[2, 3]} ; Minatogau Ferro, Leticia Marie ^{[4, 1]} ; de Barros, Anerise ^[4] ; Santos Batista, Carlos Vinicius ^{[1, 5]} ; Nawaz, Ali ^[6] ; Riul Jr, Antonio ; Capaz, Rodrigo B. ^{[3, 1]} ; Bof Bufon, Carlos Cesar ^{[4, 7, 1, 5]}

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Brazilian Ctr Res Energy & Mat CNPEM, Brazilian Nanotechnol Natl Lab LNNano, BR-13083100 Campinas, SP - Brazil

^[2] Univ Fed Rio de Janeiro, Inst Quim, BR-21941909 Rio De Janeiro, RJ - Brazil

^[3] Univ Fed Rio de Janeiro, Inst Fis, BR-21941972 Rio De Janeiro, RJ - Brazil

^[4] Univ Estadual Campinas, Inst Chem, BR-13083970 Campinas, SP - Brazil

^[5] Sao Paulo State Univ, Postgrad Program Mat Sci & Technol, BR-17033360 Bauru, SP - Brazil

^[6] Bruno Kessler Fdn FBK, Ctr Sensors & Devices, I-38123 Trento - Italy

^[7] Univ Prebiteriana Mackenzie, BR-01302907 Sao Paulo - Brazil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: SMALL; v. 17, n. 45 OCT 2021.
• Citações Web of Science: 2

Resumo

Intermolecular electron-transfer reactions are key processes in physics, chemistry, and biology. The electron-transfer rates depend primarily on the system reorganization energy, that is, the energetic cost to rearrange each reactant and its surrounding environment when a charge is transferred. Despite the evident impact of electron-transfer reactions on charge-carrier hopping, well-controlled electronic transport measurements using monolithically integrated electrochemical devices have not successfully measured the reorganization energies to this date. Here, it is shown that self-rolling nanomembrane devices with strain-engineered mechanical properties, on-a-chip monolithic integration, and multi-environment operation features can overcome this challenge. The ongoing advances in nanomembrane-origami technology allow to manufacture the nCap, a nanocapacitor platform, to perform molecular-level charge transport characterization. Thereby, employing nCap, the copper-phthalocyanine (CuPc) reorganization energy is probed, approximate to 0.93 eV, from temperature-dependent measurements of CuPc nanometer-thick films. Supporting the experimental findings, density functional theory calculations provide the atomistic picture of the measured CuPc charge-transfer reaction. The experimental strategy demonstrated here is a consistent route towards determining the reorganization energy of a system formed by molecules monolithically integrated into electrochemical nanodevices. (AU)

• Processo FAPESP: 14/25979-2 - Fabricação e caracterização de dispositivos e sistemas baseados em nanomembranas híbridas
• Beneficiário: Carlos César Bof Bufon
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 18/18136-0 - Nanodispositivos híbridos: transporte magnetoeletrônico e desenvolvimento de sensores baseados em moléculas/nanomembranas
• Beneficiário: Leandro das Mercês Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 14/50906-9 - INCT 2014: em Materiais Complexos Funcionais (INOMAT)
• Beneficiário: Fernando Galembeck
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 19/10188-3 - Mapeamento da distribuição de cargas nas interfaces metal/isolante e metal/orgânico aplicados em capacitores híbridos baseados em nanomembranas
• Beneficiário: Carlos Vinicius Santos Batista
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 17/02317-2 - Interfaces em materiais: propriedades eletrônicas, magnéticas, estruturais e de transporte
• Beneficiário: Adalberto Fazzio
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 17/21117-4 - Desenvolvimento e caracterização de células eletroquímicas baseadas em nanomembranas para aplicações em biossensoriamento
• Beneficiário: Letícia Mariê Minatogau Ferro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 19/14949-9 - EMU: infraestrutura multiusuário dedicada à nanofabricação e caracterização de nanodispositivos no LNNano / CNPEM
• Beneficiário: Edson Roberto Leite
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários