金属表面超分子配位和共价纳米结构的研究

发布时间：2017-08-05 03:02

  本文关键词：金属表面超分子配位和共价纳米结构的研究

  更多相关文章： 超分子配位自组装 金属表面 超高真空扫描隧道显微镜(UHV-STM) 表面共价偶合反应 Ullmann反应

【摘要】：随着当前纳米材料及器件的不断发展,有机分子由于其结构和功能的可设计性以及适应性强等优点,越来越多的被用作基本组成模块应用于各类器件的设计和构造。大量研究已经发现,随着纳米材料或器件尺寸的不断缩小,一系列纳米尺度上新的物理化学机制成为影响材料功能的重要因素。在单分子或原子尺度上,对有机分子(或金属原子离子)由非共价键连接或由共价反应生成的纳米结构的表征、反应过程、结构特性等的研究成为人们理解和最终实现这类纳米材料或器件的功能的关键。利用各类表面分析技术,对限制在金属表面上的有机分子的组装或共轭纳米结构的研究,一方面为人们提供了这类纳米材料在单分子尺度上的关键信息;同时这类低维结构也呈现出一系列新颖的光电特性,对未来新型纳米器件的制造有着重要的参考价值。在本论文的研究中,我们以超高真空扫描隧道显微镜STM)为主要研究工具,在单分子尺度上表征并研究了限制在金属表面上的超分子自组装和表面聚合反应的纳米结构的形成机制、结构控制和相关的物理化学性质。本论文的主要研究内容包含以下三个方面:1.非平面立体结构分子的金属表面配位自组装。我们利用一种平面分子(TPyP)和一种非平面四面体结构的分子(TPPM)与Fe各自通过吡啶-Fe配位作用在Au(111)表面成功制备了两种金属有机网状结构。尽管两类分子有相同个数的外围功能基团(各有4个pyridyl),分子TPyP与Fe形成四配位的正方形结构;而分子TPPM通过3个pyridyl基团与Fe三配位形成蜂窝状结构,剩余的一个pyridyl基团未配位且可能吸附有Fe原子。通过对比两种分子形成的网状结构,发现非共面分子一方面遵循金属表面配位自组装的一般规律,形成二维网络结构;另一方面,分子的立体结构使得一部分功能基团保留了其化学配位活性,使这类二维结构有可能做为模板进一步诱导制备三维立体结构。2.衬底及配位金属原子浓度对自组装结构的调控。在该工作中,我们通过对分子(TPyPB)在不同的衬底上自组装结构的观察与控制,揭示了金属表面在表面自组装结构的调控中的重要作用。TPyPB分子在Au(111)表面与表面游离的Au原子配位形成一种蜂窝结构和及少量的一种菱形结构;而在Ag(111)表面,在有Au原子的情况下,分子与Au原子只形成菱形结构。我们通过对比Au(111)、Ag(111)衬底上通过Au-吡啶配位形成不同的二维纳米网络,发现当游离的配位金属原子浓度不同时,其自组装配位方式是不一样的,导致其形成不同的二维网络结构。最后我们可以通过针尖提高游离Au原子的浓度,在Au(111)表面上实现了自组装结构的局部调控。3.衬底对共价反应及共价偶合纳米结构的调控。我们研究了TBSF分子在Au(110)、Cu(111)和Cu(110)衬底上通过Ullmann反应生成的表面纳米结构。Au(110)上TBSF形成了一维有机金属分子链,并且由于Au(110)衬底自身特殊的构型,一维有机金属分子链方向总是沿着11?0这个方向生长。随着退火温度的提高,有机金属分子链将变成由C-C键组成的较短的一维共价分子链。而在Cu(111)衬底上,由于C-Cu-C有很强的灵活性,所以金属-有机分子链的长度要远大于共价分子链的长度。在Cu(110)衬底上,由于衬底反应活性较高,分子与衬底间有着较强的化学键作用,导致分子在Cu(110)衬底上也就无法形成有序的一维或二维结构。
【关键词】：超分子配位自组装 金属表面 超高真空扫描隧道显微镜(UHV-STM) 表面共价偶合反应 Ullmann反应
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 纳米科技简介10-11
• 1.2 超分子化学11-12
• 1.3 固体表面超分子自组装12-17
• 1.3.1 氢键12-15
• 1.3.2 配位键15-16
• 1.3.3 衬底表面与分子间的相互作用对自组装结构的影响16-17
• 1.4 表面聚合反应17-20
• 1.5 本论文研究的意义及内容20-22
• 第二章 实验方法22-28
• 2.1 扫描隧道显微镜（STM）及其原理22-24
• 2.2 STM的组成部分及其工作模式24-25
• 2.3 UHV-STM实验系统25-26
• 2.4 样品的制备26-28
• 第三章 非平面立体分子在金属表面配位自组装结构的研究28-36
• 3.1 引言28-29
• 3.2 结果与讨论29-34
• 3.3 结论34-36
• 第四章 金-吡啶超分子配位结构的调控及局部激发结构转变36-46
• 4.1 引言36-37
• 4.2 实验结果与讨论37-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第五章 衬底对ULLMANN反应所形成纳米结构的调控46-57
• 5.1 引言46-47
• 5.2 实验结果与讨论47-56
• 5.2.1 TBSF密堆结构的研究47-49
• 5.2.2 TBSF在Cu（111）形成一维链结构的研究49-52
• 5.2.3 TBSF沉积在Au（110）上形成的纳米结构的研究52-54
• 5.2.4 TBSF分子在Cu（110）衬底形成0维纳米点结构的研究54-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 总结57-59
• 6.1 本论文的主要成果57-58
• 6.2 问题和展望58-59
• 参考文献59-72
• 攻读本学位期间本人出版或公开发表的论著、论文72-73
• 致谢73-74

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本文编号：622842