本文關(guān)鍵詞：金屬表面超分子配位和共價納米結(jié)構(gòu)的研究

  更多相關(guān)文章： 超分子配位自組裝 金屬表面 超高真空掃描隧道顯微鏡(UHV-STM) 表面共價偶合反應(yīng) Ullmann反應(yīng)

【摘要】：隨著當前納米材料及器件的不斷發(fā)展,有機分子由于其結(jié)構(gòu)和功能的可設(shè)計性以及適應(yīng)性強等優(yōu)點,越來越多的被用作基本組成模塊應(yīng)用于各類器件的設(shè)計和構(gòu)造。大量研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn),隨著納米材料或器件尺寸的不斷縮小,一系列納米尺度上新的物理化學機制成為影響材料功能的重要因素。在單分子或原子尺度上,對有機分子(或金屬原子離子)由非共價鍵連接或由共價反應(yīng)生成的納米結(jié)構(gòu)的表征、反應(yīng)過程、結(jié)構(gòu)特性等的研究成為人們理解和最終實現(xiàn)這類納米材料或器件的功能的關(guān)鍵。利用各類表面分析技術(shù),對限制在金屬表面上的有機分子的組裝或共軛納米結(jié)構(gòu)的研究,一方面為人們提供了這類納米材料在單分子尺度上的關(guān)鍵信息;同時這類低維結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出一系列新穎的光電特性,對未來新型納米器件的制造有著重要的參考價值。在本論文的研究中,我們以超高真空掃描隧道顯微鏡STM)為主要研究工具,在單分子尺度上表征并研究了限制在金屬表面上的超分子自組裝和表面聚合反應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)的形成機制、結(jié)構(gòu)控制和相關(guān)的物理化學性質(zhì)。本論文的主要研究內(nèi)容包含以下三個方面:1.非平面立體結(jié)構(gòu)分子的金屬表面配位自組裝。我們利用一種平面分子(TPyP)和一種非平面四面體結(jié)構(gòu)的分子(TPPM)與Fe各自通過吡啶-Fe配位作用在Au(111)表面成功制備了兩種金屬有機網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。盡管兩類分子有相同個數(shù)的外圍功能基團(各有4個pyridyl),分子TPyP與Fe形成四配位的正方形結(jié)構(gòu);而分子TPPM通過3個pyridyl基團與Fe三配位形成蜂窩狀結(jié)構(gòu),剩余的一個pyridyl基團未配位且可能吸附有Fe原子。通過對比兩種分子形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)非共面分子一方面遵循金屬表面配位自組裝的一般規(guī)律,形成二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);另一方面,分子的立體結(jié)構(gòu)使得一部分功能基團保留了其化學配位活性,使這類二維結(jié)構(gòu)有可能做為模板進一步誘導(dǎo)制備三維立體結(jié)構(gòu)。2.襯底及配位金屬原子濃度對自組裝結(jié)構(gòu)的調(diào)控。在該工作中,我們通過對分子(TPyPB)在不同的襯底上自組裝結(jié)構(gòu)的觀察與控制,揭示了金屬表面在表面自組裝結(jié)構(gòu)的調(diào)控中的重要作用。TPyPB分子在Au(111)表面與表面游離的Au原子配位形成一種蜂窩結(jié)構(gòu)和及少量的一種菱形結(jié)構(gòu);而在Ag(111)表面,在有Au原子的情況下,分子與Au原子只形成菱形結(jié)構(gòu)。我們通過對比Au(111)、Ag(111)襯底上通過Au-吡啶配位形成不同的二維納米網(wǎng)絡(luò),發(fā)現(xiàn)當游離的配位金屬原子濃度不同時,其自組裝配位方式是不一樣的,導(dǎo)致其形成不同的二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。最后我們可以通過針尖提高游離Au原子的濃度,在Au(111)表面上實現(xiàn)了自組裝結(jié)構(gòu)的局部調(diào)控。3.襯底對共價反應(yīng)及共價偶合納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控。我們研究了TBSF分子在Au(110)、Cu(111)和Cu(110)襯底上通過Ullmann反應(yīng)生成的表面納米結(jié)構(gòu)。Au(110)上TBSF形成了一維有機金屬分子鏈,并且由于Au(110)襯底自身特殊的構(gòu)型,一維有機金屬分子鏈方向總是沿著11?0這個方向生長。隨著退火溫度的提高,有機金屬分子鏈將變成由C-C鍵組成的較短的一維共價分子鏈。而在Cu(111)襯底上,由于C-Cu-C有很強的靈活性,所以金屬-有機分子鏈的長度要遠大于共價分子鏈的長度。在Cu(110)襯底上,由于襯底反應(yīng)活性較高,分子與襯底間有著較強的化學鍵作用,導(dǎo)致分子在Cu(110)襯底上也就無法形成有序的一維或二維結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：超分子配位自組裝 金屬表面 超高真空掃描隧道顯微鏡(UHV-STM) 表面共價偶合反應(yīng) Ullmann反應(yīng)
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O641.4
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 納米科技簡介10-11
• 1.2 超分子化學11-12
• 1.3 固體表面超分子自組裝12-17
• 1.3.1 氫鍵12-15
• 1.3.2 配位鍵15-16
• 1.3.3 襯底表面與分子間的相互作用對自組裝結(jié)構(gòu)的影響16-17
• 1.4 表面聚合反應(yīng)17-20
• 1.5 本論文研究的意義及內(nèi)容20-22
• 第二章 實驗方法22-28
• 2.1 掃描隧道顯微鏡（STM）及其原理22-24
• 2.2 STM的組成部分及其工作模式24-25
• 2.3 UHV-STM實驗系統(tǒng)25-26
• 2.4 樣品的制備26-28
• 第三章 非平面立體分子在金屬表面配位自組裝結(jié)構(gòu)的研究28-36
• 3.1 引言28-29
• 3.2 結(jié)果與討論29-34
• 3.3 結(jié)論34-36
• 第四章 金-吡啶超分子配位結(jié)構(gòu)的調(diào)控及局部激發(fā)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變36-46
• 4.1 引言36-37
• 4.2 實驗結(jié)果與討論37-45
• 4.3 本章小結(jié)45-46
• 第五章 襯底對ULLMANN反應(yīng)所形成納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控46-57
• 5.1 引言46-47
• 5.2 實驗結(jié)果與討論47-56
• 5.2.1 TBSF密堆結(jié)構(gòu)的研究47-49
• 5.2.2 TBSF在Cu（111）形成一維鏈結(jié)構(gòu)的研究49-52
• 5.2.3 TBSF沉積在Au（110）上形成的納米結(jié)構(gòu)的研究52-54
• 5.2.4 TBSF分子在Cu（110）襯底形成0維納米點結(jié)構(gòu)的研究54-56
• 5.3 本章小結(jié)56-57
• 第六章 總結(jié)57-59
• 6.1 本論文的主要成果57-58
• 6.2 問題和展望58-59
• 參考文獻59-72
• 攻讀本學位期間本人出版或公開發(fā)表的論著、論文72-73
• 致謝73-74

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