Structure and Reactivity of Aromatic Molecules on Metal Single-Crystal Surfaces and at Metal/Organic Interfaces

Low-dimensional carbon-based nanostructures are considered for the fabrication of modern electronic devices. For the realization of such devices, it is of utmost importance to achieve a high control over the structural quality. As a result, the field of on-surface synthesis, which aims at producing w...

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Main Author: Krug, Claudio Kristoffer
Contributors: Gottfried, J. Michael (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:English
Published: Philipps-Universität Marburg 2020
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Table of Contents: Kohlenstoffbasierte Nanostrukturen bieten ein großes Potential für moderne elektronische Bauteile der Zukunft. Anwendungen dieser Art erfordern eine hohe Kontrolle über die strukturelle Qualität. Daher ist das Forschungsfeld der oberflächengestützten Synthese wohlbestimmter Strukturen aus maßgeschneiderten molekularen Präkursoren im letzten Jahrzehnt stark gewachsen. Die am häufigsten zur oberflächengestützten Synthese genutzte Reaktion ist die Ullmann-Kupplung. Trotz einer Vielzahl an Vorarbeiten sind die Grundlagen dieser Reaktion bisher noch nicht vollständig verstanden. Dies ist zum Beispiel bei der Produktverteilung von Präkursoren der Fall, die sowohl lange Oligomerketten als auch Makrocyclen bilden können. Diese kumulative Dissertationsschrift enthält einige Artikel, die die Reaktionsprodukte solcher Präkursoren auf Metall-Einkristall-Oberflächen mittels Rastertunnelmikroskopie untersuchen. Dabei wurden die Ergebnisse durch Methoden wie Röntgenphotoelektronenspektroskopie und winkelaufgelöste Ultraviolettphotoelektronenspektroskopie sowie Monte Carlo-Simulationen ergänzt. Auf diese Weise wurde der Einfluss von Bedeckungsgrad und Temperatur auf das Ring/Ketten-Verhältnis des Modellsystems 1,3-Dibromazulen auf Cu(111) grundlegend untersucht. Ein weiterer Ansatz, um das Reaktionsergebnis zu steuern, ist die Verwendung eines Oberflächen-Templats. Eine vicinale Ag-Oberfläche wurde genutzt, um lange, perfekt ausgerichtete Oligomerketten aus dem Präkursor 4,4''-Dibrom-1,1':3',1''-terphenyl zu bilden. Des Weiteren wurde 2,6-Dibromazulen genutzt, das aufgrund seiner molekularen Struktur ausschließlich Ketten bilden kann, um Nanobänder der nichtalternierenden Graphen-Allotrope Phagraphen und Tetra-Penta-Hepta-Graphen auf Au(111) zu erzeugen. Die Strukturen dieser Spezies wurden in einem Kooperationsprojekt eindeutig mittels non-contact Rasterkraftmikroskopie aufgeklärt. Als letztes Projekt wurde der strukturelle Polymorphismus von 1,1':3',1'':4'',1'''-Quaterphenyl-4,4'''-dicarbonitril auf der Ag(111)-Oberfläche untersucht. Dieses Molekül zeigt eine Adsorbatstruktur, die sowohl flach liegende als auch aufrecht stehende Moleküle beinhaltet. Eine solche Struktur war zuvor unbekannt. Zusätzlich zu den gebildeten Strukturen hängt die Leistung eines organischen elektronischen Bauteils entscheidend von den Wechselwirkungen zwischen dem Substrat und der organischen Schicht selbst ab. Um etwas zu diesem Forschungsgebiet beizutragen, wurden Untersuchungen mit verschiedenen Modellsystemen wie Porphyrinen, Corrolen und dem nichtalternierenden Aromaten Azulen in Kooperationsprojekten im Rahmen von Synchrotron-Strahlzeiten durchgeführt. Neben den bereits in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlichten Ergebnissen sind auch einige bisher unveröffentlichte Ergebnisse Teil dieser Arbeit. Hierbei handelt es sich um die Untersuchung des 1,3-Dibromazulen-Präkursors auf der Ag(111)-Oberfläche mit zusätzlich abgeschiedenen Cu-Atomen und die erfolgreiche Inbetriebnahme eines kommerziell erhältlichen atomic layer injection-Geräts. Die experimentellen Ergebnisse werden durch die Entwicklung und Konstruktion technischer Gerätschaften vervollständigt, die die Leistungsfähigkeit der Apparatur im Labor der AG Gottfried in Marburg erweitern.