Arbeitskreis Terfort

Adrian Wiesner

Stichworte zur Forschung

Oberflächenchemie, Selbst anordnende Monolagen (SAMs) zur Funktionalisierung und (elektronischen) Modifizierung von metallischen Oberflächen, Infrarot-Reflexions-Absorptionsspektroskopie (IRRAS), Ellipsometrie, Rasterkraftmikroskopie (RKM, engl.: AFM),Rastertunnelmikroskopie(RTM, engl.: STM), Rastertunnelspektroskopie (RTS, engl.: STS), Kelvin-Sonden- und weitere Spektroskopien zur Oberflächenanalytik

Forschung: Herstellung und Charakterisierung von gemischten Monolagen mit Dipol-, Quadrupol- und Charge-Transfer-Wechselwirkungen

Die Arbeit „Herstellung und Charakterisierung von gemischten Monolagen mit Dipol-, Quadrupol- und Charge-Transfer-Wechselwirkungen“ soll Erkenntnisse für die Herstellung und die Eigenschaften von selbstanordnenden Monolagen auf Münzmetalloberflächen liefern. Es wurden bereits erfolgreich aromatische Moleküle mit elektrischen Dipolen zur Änderung elektronischer Eigenschaften untersucht.1 Im Rahmen der Promotionsarbeit soll das Konzept entgegen gerichteter Dipole und Quadrupole eingehend erforscht werden. Hierfür ist eine Reihe von Molekülen geplant, die aufgrund ihrer ähnlichen Struktur gemischte Phasen bilden sollen, so dass die resultierenden elektronischen Eigenschaften durchstimmbar werden.2 Das Konzept wird zudem um Moleküle erweitert, die aufgrund ihrer elektrischen Quadrupole SAMs  mit definierter Stöchiometrie bilden könnten. Hierfür sollen aromatische Moleküle mit deren fluorierten Analoga gemischt und analysiert werden. Die Fluorierung der Moleküle ist von Interesse, da sie eine Invertierung der Elektronendichte und damit eine Invertierung des elektrischen Quadrupols bewirkt.3,4 Diese SAMs könnten chemisch und mechanisch besonders stabil sein. Bei ausreichender Ladungsseparation wie zum Beispiel bei der Perfluorierung aromatischer Moleküle sind Charge-Transfer-Komplexe im Co-Kristall  möglich. Diese Beobachtung ist der Anreiz, ähnliche Moleküle auf Oberflächen zu verankern, komplementäre Moleküle mischen und zu charakterisieren.

Die SAMs werden mit den im AK Terfort zur Verfügung stehenden Methoden hergestellt und charakterisiert. Die Analytik umfasst unter anderem Ellipsometrie, IRRAS, Rasterelektronenmikroskopie, Rastertunnelmikroskopie (RTM, siehe Abbildung 1) und –spektroskopie (RTS). Die Monolagen der Reinstoffe sollen mit den gemischten Monolagen verglichen werden. Anhaltspunkte sind die Schichtdicke, Ordnung der Monolage, Orientierung der Moleküle auf der Oberfläche, Packung und Packungsdichte. Aus den Ergebnissen soll ein Zusammenhang der elektronischen Eigenschaften der modifizierten Oberfläche mit den Präkursormolekülen hergestellt werden. Weiterhin sollen die mischungsabhängigen Eigenschaften untersucht werden. Da an den Systemen synthetisch nicht nur eine isolierte Eigenschaft geändert werden kann, sind diese Reihen an verschiedenen Molekülen nötig, um aus Trends Rückschlüsse treffen zu können.

In der Arbeitsgruppe wurden bereits viele oberflächenaktive Moleküle synthetisiert und zum Teil publiziert. Mit den in Abbildung 2 gezeigten Terphenyl-thiolen konnten Austrittsarbeiten gezielt manipuliert werden, ohne andere Eigenschaften wie die Packungsdichte  zu beeinflus-sen.1 Mischungsreihen dieser Moleküle wurden bisher nicht untersucht. Aufgrund der ähnlichen Überstrukturen der Moleküle ist eine homogene Mischung der Moleküle in der Monolage zu erwarten. Durch Tunnelspektroskopie sollen die einzelnen Moleküle in einer homogenen SAM anhand ihrer Austrittsarbeit unterschieden werden. Hierbei können abstands- und spannungsabhängige Spektren einzelner Punkte sowie Differenzbilder ganzer Bereiche erstellt werden. Für Differenzbilder wird die gleiche Fläche bei verschiedenen Potentialen gerastert.

(1)        Abu-Husein, T.; Schuster, S.; Egger, D. a.; Kind, M.; Santowski, T.; Wiesner, A.; Chiechi, R.; Zojer, E.; Terfort, A.;    Zharnikov, M. Adv. Funct. Mater. 2015, 25 (25), 3943.

(2)       Kang, J. F.; Liao, S.; Jordan, R.; Ulman, A. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120 (37), 9662.

(3)       Williams, J. H. Acc. Chem. Res. 1993, 26 (11), 593.

(4)       Buckingham, A. D. Q. Rev. Chem. Soc. 1959, 13 (3), 183.