手性识别及操纵对固体表面分子组装结构调控的研究

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本文利用室温超高真空扫描隧道显微镜(STM)研究了芳香族化合物1,5-二氢苯并(1,2-d:4,5-d)双三唑(H2bbta)分子的二维手性识别对其在Ag(111)、(110)、(100)表面组装结构的调控。实验发现,H2bbta分子在Ag(111)和Ag(100)表面的组装结构在手性自我识别的作用下形成了两种互为镜像且与热处理温度没有关联的自组装结构。此外,还观测到H2bbta分子在Ag(110)表面的组装结构随着手性的识别而逐步受到调控。当样品的退火温度从300K增加到333K时,观察到了具有相同手性的H2bbta分子逐渐形成大面积更有序结构,当样品在355K退火时,纯手性结构转变为手性分子共存的结构。密度泛函理论(DFT)计算表明,热驱动及分子间相互作用共同诱导了H2bbta分子的手性识别并形成镜像的H2bbta自组装结构,N-H···N氢键和C-H···N氢键是主要的作用力。此外,分子之间的相互作用和分子与基底之间的相互作用诱导了混合手性的形成。使用室温扫描隧道显微镜和低温扫描隧道显微镜研究了富勒烯(C60)分子在Cu(111)表面退火前后自组装结构以及通过对退火后单个C60分子吸附形貌(构象)、吸附取向的操纵来调控组装结构。实验发现单个C60分子通过热沉积的方式吸附到Cu(111)表面后在+2V的偏压下(电压加在样品上)呈现圆形或者三瓣形的形貌,并且三瓣形貌中还存在着不同的吸附取向。样品经过473K退火后,C60分子的吸附形貌大部分转变为了三瓣构象,形成了两种不同吸附取向(上-三瓣和下-三瓣构象)的4×4有序组装结构。DFT计算表明上-三瓣和下-三瓣构象是两种等价吸附结构且能量最低。实验还发现通过扫描隧道显微镜针尖的操纵能够将退火后的三瓣构象转变成圆形构象。此外,单个C60分子在针尖的操纵下能够在两个不同吸附取向的三瓣构象(左-三瓣和右-三瓣)下进行可逆的转变,继而形成分子开关原型器件。
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