Molecule-Oxide Bond Formation (funCOS 3)

Ein wissensbasiertes Design von Molekül-Oxid-Grenzflächen erfordert eingehendes Verständnis der chemischen Bindungsbildung an der Grenzfläche. Um dies zu erreichen, kombinieren wir Oberflächenschwingungsspektroskopie (IRAS, Infrared Reflection Absorption Spectroscopy) und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS, X-Ray Photoelectron Spectroscopy) als komplementäre oberflächenspektroskopische Methoden im UHV (Ultrahochvakuum).Ausgehend von geordneten Oxidoberflächen (MgO(100)/Ag(100), später Co3O4,CoO/Ir(100), TiO2(110)) sollen Wechselwirkungs- und Reaktionsmechanismen ausgewählter Ankergruppen an Testmolekülen (-OH, -COOH, -NH2, -CN) mit wohldefinierten Oberflächenplätzen aufgeklärt werden, einschließlich deren Bildungskinetik und -energetik (über temperatur- und zeitaufgelöste Experimente). Basierend auf diesen Ergebnissen werden diese Linker zur Steuerung der Oberflächenwechselwirkung in Komplexbildner (5,10,15,20-Tetraphenypporphyrinen (TPP), später andere Tetrapyrrole) eingeführt. Die kombinierte spektroskopische Information liefert nicht nur die Reaktionsmechanismen, die Umwandlungskinetik, die Energetik und die thermische Stabilität der oberflächengebundenen Intermediate, sondern gestattet es auch, die molekulare Orientierung sowie intermolekulare Wechselwirkungen während des Wachstumsprozesses zu verfolgen. Durch die Verwendung chelatbildender und multifunktionaler Anker soll schließlich versucht werden, Orientierung, Bildungsbarrieren und Stabilität der oberflächengebundenen Moleküle zu steuern. In der zweiten Projektphase wird insbesondere die Selektivität der Molekül-Oberflächenbindung im Zentrum der Aufmerksamkeit stehen, mit der Idee, spezifische Oberflächenplätze über bestimmte Linker oder Linkerensembles zu adressieren. Das Ziel dieser Projektphase wird es sein, maximale Wachstums- und Strukturkontrolle bei der Präparation nanostrukturierter Molekülfilme auf nanostrukturierten Oxidoberflächen zu erreichen (Defektstrukturen, oxidgetragene Oxid- sowie Metallnanopartikel). Schließlich werden wir die Reaktivität funktionaler molekularer Filme auf Oxidoberflächen untersuchen und, im Zusammenhang hiermit, die Transferierbarkeit der Oberflächenchemie unter idealen Bedingungen auf ambiente Reaktionsbedingungen und Nanomaterialien überprüfen. Der Einfluss reaktiver Umgebungsgase (z. B. H2O, H2, CO, CO2) auf die Oberflächenverankerung (Testmoleküle, Komplexbildner) soll im UHV mittels temperaturprogrammierter Desorptionsspektroskopie (TPD) und Molekularstrahlmethoden untersucht und mit in situ-Spektroskopien (Polarization Modulation IRAS; auch Hochdruck-XPS) bei nahezu ambienten Bedingungen verglichen werden. Gleichzeitig werden diese Methoden es gestatten, die Reaktivität von Komplexbidnern (z. B. gegenüber CO, NO, H2O, H2) zu adressieren. Mittels von in situ/Operando-DRIFTS (Diffuse Reflection Infrared FT Spectroscopy) wird dann abschließend die Bindungsbildung an Einkristalloberflächen und an Oxid-Nanostrukturen (z. B. MgO-Nanokristalle) vergleichend untersucht.