基于卤键的谢尔宾斯基三角分形自组装的模拟研究

In this study, a coarse-grained lattice Monte Carlo model was used to investigate the formation of Sierpiński triangle (ST) fractals through self-assembly on a triangular lattice surface. In the simulations, both symmetric and asymmetric molecular building blocks can spontaneously form ST fractal patterns, although the mixture of enantiomers of asymmetric molecule is more difficult to self-organize into ST of a high order owing to the presence of a large variety of competing three-membered nodes. The formation of ST fractals is favored at low surface coverage and is sensitive to temperature. Furthermore, to test whether the assembly pathway and outcome could be controlled by molecular design, we guided the self-assembly process forming ST fractal into the otherwise disfavored self-assembled structures using templates different from the assembling molecules. The templates are designed to act ascatassemblersthat initiate the self-assembling but are excluded from the final assembled structure.     

液晶吸附结构的STM形貌研究

在室温下 ,利用扫描隧道显微镜 (STM )对 4 戊基 4′ 甲氧基苯甲酸苯酯吸附在石墨基底上的结构进行了研究 ,结果表明分子为单层且有一定位错的头 (甲氧基 )对头、尾 (烷基 )对尾排列 ;理论计算表明 :外加偏压产生的电场对分子轨道能级及其极化率具有一定的影响 ;由于分子的HOMO ,LUMO能级与石墨费米能级之间的能量差值较大 ,低偏压下不利于STM成象 ,因此 ,分子的极化率对石墨基底功函数的影响可能是形成该液晶分子STM形貌的主要因素 .     

表面分子手性识别与组装结构的STM研究

表面手性现象是物理化学科学研究的重要内容之一,研究表面手性现象,将有助于对分子吸附,分子间相互作用,多相手性催化,手性分离与拆分等科学和实际应用问题的深入理解.在表面手性现象和手性结构的研究中,扫描隧道显微技术（STM）发挥着重要作用,成为研究表面手性现象的重要手段.该综述文章以本课题组近年已发表的研究工作为主,重点介绍利用STM研究固体表面分子吸附组装体系中关于手性问题的部分结果,包括固有手性分子在固体表面的吸附,非手性分子组装形成手性结构,以及表面手性结构的转化和调控.还结合实验结果分析探讨了表面手性的结构形成、放大和传递等,展望了该研究领域的发展趋势.     

粘胶基碳纤维表面结构的STM研究

本文建立了用具有原子级分辨能力的扫描隧道显微镜 (STM)研究粘胶基碳纤维 (RCF)表面结构的方法。在较大尺度的STM图像上 ,RCF表面显得很粗糙 ,“峰”和“谷”的特征非常明显。增大放大率时 ,发现了约10nm宽的条状结构 ,其排列与纤维轴成一定角度 (45°～ 90°)。首次获得了RCF原子级的STM图像 ,在原子级尺度上 ,其原子排列并不规则 ,相邻原子间距为 0 .14 2nm ,最近六元环中心的距离是 0 .2 5 3nm。与高定向降解石墨 (HOPG)的对比研究进一步表明RCF表面的碳网是变形的六元环结构     

表面分子自组装结构的外界调控及STM研究进展

结合近年来国内外的研究工作, 概述了利用外界调控方式包括溶剂调控、热调控、光激发调控及电场/电位调控表面分子自组装结构的STM研究进展, 展望了该领域今后的研究方向.     

表界面分子吸附、组装与反应的电化学STM研究

电化学扫描隧道显微镜（electrochemical scanning tunneling microscopy：ECSTM）是用于化学以及表界面科学研究的重要新技术之一。它将电化学与STM技术相结合,能够工作于溶液和大气环境中,可以得到固体表面及表面吸附物质的原子／分子级分辨率的图像。本文简要介绍了电化学STM技术及其在表界面分子吸附、组装和反应研究中的应用。     

金粗糙表面原子水平的STM研究

至今为止所报道的对固体表面原子水平的研究几乎毫无例外的局限在单晶表面。其主要原因之一是存在着在多晶或粗糙表面上获得原子分辨ＳＴＭ图象的困难性。尽管如此，由于多晶材料是更为普遍、更切实际的进行各种物理和化学过程的场所，若能实现多晶或粗糙表面的原子水平的观察，其研究意义和前景将大为拓宽。本文报道在含氯化钾的电化学体系中极端条件下金（１１１）面和多晶金表面结构的原子水平的ＳＴＭ观察。图一为Ａｕ（１１１）面在不同条件下的电化学现场ＳＴＭ图。在４００～－４００ｍＶ电位区间内Ａｕ（１１１）保持稳定的（１ｘ１）结构，未观察到来自于Ａｕ表面的重构或Ｃｌ－吸附层结构。当电位负移至－６００以内，尽管此时金电极仍处于双电层区，Ａｕ表面已出现一定程度的粗糙。有趣的是，当电位经过１．０Ｖ后返回至０Ｖ时，大范围的ＳＴＭ图象显示了由原子台阶构成的孔洞和原子平整的晶面共成的情形。图二为空气下得到的金多晶的表面形貌（Ａ）和原子分辨表面结构（Ｂ）的ＳＴＭ图。分析图二（Ｂ）和（Ｃ）可以得知，图中两亮点之间的平均距离为０．４ｎｍ，可以排除原子簇结构的可能。可以确定这些具有一定取向的亮点为原子阵列，而较大的原子间距正反应了多晶表面与本体结构的不同之     

异代酯基枝状分子表面组装及结构转化机理的STM研究

利用扫描隧道显微技术(STM)研究了3种异代酯基Janus枝状分子(G₁G₂COOCH₃, G₀G₃COOCH₃, G₁G₃COOCH₃)在高定向裂解石墨(HOPG)表面的组装结构. 室温下, G₁G₂COOCH₃, G₀G₃COOCH₃和G₁G₃COOCH₃分别在表面形成有序、局部有序及无序结构. 将样品加热至60~80 ℃后, 表面无序结构可以转化为有序的二聚体密堆积结构. 实验结果表明, 随着枝状分子代数的增加, 分子之间及分子与基底之间作用力增强, 室温下分子组装行为更依赖于分子吸附动力学过程, 组装结构趋于无序化, 而加热可以增强枝状分子在表面的活动性, 调整分子的位置关系, 使表面无序结构转化为热力学稳定的有序二聚体密堆积组装结构.     

金属配合物分子纳米结构构筑与调控的STM研究进展

金属配合物分子具有结构多样且可控以及功能丰富等特点,在催化、传感、分子识别、纳米器件等领域得到广泛应用, 对金属配合物分子的研究已是分子科学研究中的热点之一.同时, 利用配合物分子构筑表面分子纳米结构以及对配合物单分子性质的研究也日趋活跃. 近年来, 本研究组发展了配合物分子在固体表面的自组装技术, 并结合扫描隧道显微技术(STM)开展了一系列有关金属配合物分子表面纳米结构的研究工作, 在固体表面成功实现了对配体、配合物分子的高分辨STM成像、原位配合以及分子识别, 设计和构筑了多种功能配合物分子纳米结构,并系统研究了结构形成规律. 本文以本研究组近年来有关金属配合物分子组装的研究结果为主, 结合国内外相关研究小组的研究结果,综述有关金属配合物分子纳米结构的构筑与调控的STM研究进展, 介绍该类分子在固体表面的组装和分散规律, 为表面分子纳米结构的构筑和调控提供理论和实验基础.     

Schiff碱N-aete-N在Au(111)上自组装单分子膜的电化学及STM研究

利用电化学技术及扫描隧道显微镜(STM),于0.1mol/LHClO₄溶液中研究了Schiff碱N-aete-N在单晶Au(111)面上所形成的自组装单分子膜(SAMs)的电化学性质及结构.N-aete-N在Au(111)电极表面的吸附抑制了金的阳极氧化,同时使固/液界面双层电容明显降低.观察到N-aete-NSAMs的高分辨STM图像.N-aete-N分子在Au(111)表面上以(6×7)结构单胞呈二维有序排列,其表面浓度为5.5×10^-11mol/cm².     

薄膜表面的分形特征

在计算机上用随机数相加的方法产生了一个分形表面,对这个表面的模拟测量表明,z方向分辨率变化对分形维数测量结果影响很小,x、y方向分辨率降低时会导致测量结果统计误差增大用扫描隧道显微镜（STM）测量了沉积在三种不同基底上的Au膜的分形维数．测得Au／陶瓷的分形维数D＝2.15,Au／光学玻璃的分形维数D＝2.06．Au／载玻片上各点的分形维数较不一致．同时讨论了多图方法中各单图曲线之间不衔接的原因．     

电化学STM技术在金属腐蚀科学中的应用及研究进展

本文介绍了电化学STM在金属腐蚀电化学研究领域的技术优势.其最大特点是可以在金属腐蚀环境中和原子/分子水平上,实时、原位、三维空间观察,并可以通过电位控制表面电极过程.综述了电化学STM在钝化膜结构、缓蚀剂的自组装膜、金属表面原子的活性溶解等揭示腐蚀缓蚀机理的研究领域中所起的重要作用以及最新研究进展.     

磁性分子自旋态检测与调控的STM研究

单分子自旋态检测与可逆调控是目前物理、化学及信息技术等领域的研究热点．本文综述了扫描隧道显微镜在该领域的研究进展,着重论述了酞菁类磁性分子在金属单晶表面或绝缘层薄膜上磁性的检测;自旋交叉配合物分子自旋双稳态的检测与可逆调控;单分子磁体的表面制备及输运性质的检测．     

吡啶基客体分子对枝状分子表面线状模板的选择性调节

利用扫描隧道显微术(STM)研究了枝状分子BIC3与4,4′-联吡啶(BP),吡啶乙炔撑衍生物(PE3,PE4)等分子在石墨表面的二元共组装结构.BIC3分子能够在端基为吡啶基的客体分子诱导下,形成柔性线状分子模板,并捕捉客体分子形成线状主客体结构.通过选择客体分子结构,可选择性调节BIC3主体模板结构及最终的主客体二元结构.例如,客体分子吡啶端基的间距决定BIC3-吡啶基分子主客体结构中的氢键作用方式,而客体分子侧向宽度及吡啶环的数目影响线状主客体结构的条垄间距和分子比例.研究结果为可控构筑线状主客体纳米结构,实现表面自组装结构的功能性提供了思路.     

全氟并五苯在半金属Ga表面的分子二聚化及自组装单层

利用超高真空扫描隧道显微镜(UHV-STM)和有机分子束沉积(OMBD)方法研究了全氟并五苯(perfluoropentancene,PFP)分子在半金属Ga表面的吸附和两维自组装. 在低覆盖度下单个PFP分子在Ga表面上表现出很高的迁移性. 在1分子单层(monolayer, ML)时PFP分子发生二聚化并在 Ga 表面上无序排列. 轻度热退火可导致PFP两维自组装: 二聚体排列为高度有序的一维分子带阵列, 带中 PFP二聚体排列为砖墙(brick wall)结构. 在高分辨 STM图中, PFP分子两端出现亮暗相反的圆形突起, 并且相邻分子的亮暗极性相反, 表明PFP分子带有电偶极矩, PFP二聚体带有电四极矩. 因此, PFP分子二聚体的形成机制可唯像解释为反向电偶极矩之间的静电吸引作用; 二聚体的砖墙排列结构可归结为同向电四极矩之间的静电排斥作用.     

取代烷基侧链长度对二维纳米结构的影响

合成了一系列烷基取代的间苯三酚衍生物,并在大气条件下用扫描隧道显微镜研究了它们在高定向裂解石墨表面的吸附和组装行为.实验结果表明,这些自组装分子具有条状结构特征.在链长较短的分子图像中,两条平行的烷氧基链肩并肩地排列在苯环的一侧,另一条烷氧基链则排列在苯环的另一侧,链与链之间彼此相互交错排列形成均一的烷基条带.当链长增加时,这种高稳定性和密排结构遭到破坏,出现单个分子和分子对共存的组装结构.这是由于烷基链与烷基链之间以及烷基链与基底之间的作用力共同决定的.通过调控分子烷基链的长度可以得到不同的表面二维纳米结构.     

有机污染物分子的STM研究

本文结合本研究室的部分工作,简要介绍了近年来运用扫描隧道显微镜(STM)对吸附在金属及非金属表面的有机污染物分子的结构、界面行为及反应动力学过程研究中所取得的代表性结果,展示了该技术在污染物降解研究中的重要作用及发展前景。     

吡嗪衍生物在石墨表面上的自组装单层膜结构

利用扫描隧道显微镜研究了荧光液晶分子2, 5-二-[2-(3, 4-二-十二烷氧基-苯基)-乙烯基]-3, 6-二甲基吡嗪(BPDP12)在石墨表面上自组装单层膜的结构. 实验结果表明, 该化合物在石墨表面形成两种自组装结构：一种是稳定的, 分子的共轭中心相互平行, 烷基链相互交错的密排结构；另一种是不稳定的, 分子的共轭中心彼此为烷基链所分隔的非密排结构. 分子之间较强的π-π作用和分子烷基链之间的范德华作用力对分子组装的取向形成竞争, 是产生两种不同组装结构的根本原因.     

OTS自组装单分子膜在玻璃表面形成过程的AFM研究

运用原子力显微镜研究了十八烷工碱氯硅烷在玻璃表面自组装形成单分子膜的过程。通过对样品表面的显微图像,表面平均粗糙度及前进接触角的测量分析,揭示了自组装单分子膜在玻璃表面的生长规律,并探索反应初期玻璃表面的吸附特点。