Reactive Aromatic Molecules on Metal Surfaces: Syntheses, Reactions and Structures

The interaction of organic molecules with metal contacts and the reactivity of those molecules are of high technological interest, especially in the field of organic electronics and surface-assisted catalysis. The presented work comprises the investigation of several reactive aromatic compounds on c...

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Main Author: Zugermeier, Malte Sikko Albrecht
Contributors: Gottfried, J. Michael (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2018
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Table of Contents: Die Wechselwirkungen von organischen Molekülen mit Metallkontakten und die Reaktivität dieser Moleküle sind von großem technologischen Interesse, besonders im Bereich der organischen Elektronik und der oberflächengestützen Katalyse. Die hier präsentierte Dissertation umfasst die Untersuchung von diversen reaktiven aromatischen Verbindungen auf Münzmetalloberflächen. Obwohl alle untersuchten Systeme ihre eigenen wissenschaftlichen Fragestellungen aufwerfen, beziehen sich die Diskussionen entweder auf die Synthese auf Oberflächen, mögliche Reaktionen oder die Bildung zweidimensionaler Strukturen. Die Studien wurden anhand der Methoden der Rastertunnelmikroskopie (STM), der Röntgen- und Ultraviolettphotoelektronenspektroskopie (XPS, UPS) sowie der Röntgen-Nahkanten-Absorptionsspektroskopie (NEXAFS) durchgeführt. Die experimentellen Ergebnisse wurden darüber hinaus durch Erkenntnisse aus Rechnungen der Dichtefunktionaltheorie (DFT) untermauert. Das erste experimentelle Thema ist ausgerichtet auf die Strukturen und Reaktionen von Tetrapyrrolmakrozyklen auf unterschiedlichen Oberflächen. Corrole weisen eine leicht abweichende chemische Struktur von derjenigen der Porphyrine auf. In den Untersuchungen an Monolagen von Hexaethyldimethylcorrol (3H-HEDMC) auf Ag(111) wurde eine erhöhte Oberflächenreaktivität beobachtet. Außerdem formiert sich bei dieser Temperatur eine bemerkenswerte Überstruktur. Die Metallierung von 3H-HEDMC mit Eisen, Cobalt und Nickel wurde auf der Ag(111)-Oberfläche untersucht. Die resultierenden organometallischen Komplexe wurden bezüglich des elektronischen Zustandes des Metallzentrums untersucht. Die Untersuchung von Tetraphenylporphyrin mit co-adsorbiertem Blei offenbarte eine Metallierungsreaktion und eine mögliche Transmetallierung bei erhöhten Temperaturen. Die reaktive Verknüpfung eines Brom-substituierten Nickeltetraphenylporphyrins und eine anschließende Bildung von kovalenten C–C-Bindungen durch eine Ullmann-Reaktion wurde untersucht. Die Untersuchungen von aromatischen Dicarbonitrilen beziehen sich auf den Einfluss funktioneller Gruppe in Strukturen, die durch chemische Reaktionen gebildet wurden oder selbstorganisiert sind. Ein anneliertes Naphthalindicarbonitril dient als Edukt in der Synthese eines erweiterten Eisennaphthalocyanins. Die Eduktmoleküle fügen sich in lokal geordneten Phasen zusammen. Die Tetramerisierung wurde nach dem zusätzlichen Aufbringen von Eisen auf die Monolage der reaktiven Vorstufe beobachtet. Während die Dicarbonitrile reaktiv verknüpft werden können, sind die funktionellen Gruppen auch für die Selbstanordnung von Nanostrukturen verantwortlich. Lange Acene sind vielversprechende neuartige organische Halbleiter, deren Eigenschaften wie die HOMO-LUMO-Lücke oder die Reaktivität mit der Länge des annelierten aromatischen Systems skalieren. Eine Diketon-überbrückte Vorstufe wurde in der oberflächengestützten Synthese des Heptacens verwendet. Die Umwandlung erfolgt durch thermische Didecarbonylierung. Die Edukte und Heptacenmoleküle wurden des Weiteren bezüglich des Einflusses der Oberfläche auf die Moleküle untersucht.