Hierarchical Self-Assembly of Ag-Coordinated Motifs on Ag(111)

Ruoning Li Xue Zhang Na Xue Jie Li Tianhao Wu Zhen Xu Yifan Wang Na Li Hao Tang Shimin Hou Yongfeng Wang

Citation:  Ruoning Li, Xue Zhang, Na Xue, Jie Li, Tianhao Wu, Zhen Xu, Yifan Wang, Na Li, Hao Tang, Shimin Hou, Yongfeng Wang. Hierarchical Self-Assembly of Ag-Coordinated Motifs on Ag(111)[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(8): 2011060-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202011060 shu

Ag(111)表面Ag配位结构的分等级组装

    通讯作者: 侯士敏, smhou@pku.edu.cn
    王永锋, yongfengwang@pku.edu.cn
  • 基金项目:

    中国科学技术部 2018YFA0306003

    中国科学技术部 2017YFA0205003

    国家自然科学基金 21972002

    国家自然科学基金 21902003

    国家自然科学基金 22002109

摘要: 表面辅助的金属有机纳米结构因其结构稳定性和潜在应用受到广泛关注。在金属有机纳米结构中,金属原子来源于外部沉积的金属或金属表面原子。外部沉积的金属原子种类多样,取决于目标纳米结构。然而,金属表面原子受限于表面科学常用的金、银和铜单晶金属表面。金属有机纳米结构大多包括Au配位或是Cu配位结构,而只有少量的用表面Ag原子构成。分子金属相互作用的进一步研究有助于预期纳米结构的精确控制形成。至于构建基元,有机分子通过M―C、M―N和M―O键与表面金属原子配位。末端炔反应或者乌尔曼耦合能够实现C―M―C节点的形成。Cu和Au原子能够与含有末端氰基或吡啶基官能团的分子配位形成N―M―N键。另外,表面Ag增原子能够通过Ag―N配位键与酞菁分子配位。然而,M―O配位键的相关研究较少。因此,我们计划使用末端羟基分子与Ag增原子配位形成金属有机配位纳米结构去研究O―Ag节点。我们通过扫描隧道显微镜利用4, 4’-二羟基-1, 1’: 3’, 1’’-三联苯分子(4, 4’-dihydroxy-1, 1’: 3’, 1’’-terphenyl,H3PH)和Ag增原子成功构筑了一系列二维有序纳米结构。在室温下,蒸镀的H3PH分子自组装形成由环氢键连接的密堆积结构。当退火温度提升到330 K,一种新的纳米结构出现了,该结构由O―Ag配位键和氢键共同作用形成。进一步地提升退火温度至420 K,蜂巢结构和共存的二重配位链出现,这两种结构中仅由O―Ag―O键构成。为分析金属分子反应路径和O―Ag―O键的能量势垒,我们对该体系进行密度泛函理论计算。计算结果显示,O―Ag键形成的能量势垒是1.41 eV,小于O―Ag―O节点1.85 eV的能量势垒。这也解释了分等级金属-有机纳米结构形成的原因。我们的实验结果提供了一种利用有机小分子和金属增原子来设计和构筑分等级二维纳米结构的有效方法。

English

    1. [1]

      Barth, J. V.; Costantini, G.; Kern, K. Nature 2005, 437, 671. doi: 10.1038/nature04166

    2. [2]

      Bartels, L. Nat. Chem. 2010, 2, 87. doi: 10.1038/nchem.517

    3. [3]

      Liu, J.; Lin, T.; Shi, Z.; Xia, F.; Dong, L.; Liu, P. N.; Lin, N. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 18760. doi: 10.1021/ja2056193

    4. [4]

      Dong, L.; Gao, Z. A.; Lin, N. Prog. Surf. Sci. 2016, 91, 101. doi: 10.1016/j.progsurf.2016.08.001

    5. [5]

      Wang, H.; Zhang, X.; Jiang, Z.; Wang, Y.; Hou, S. Phys. Rev. B 2018, 97, 115451. doi: 10.1103/PhysRevB.97.115451

    6. [6]

      Li, W.; Jin, J.; Liu, X.; Wang, L. Langmuir 2018, 34, 8092. doi: 10.1021/acs.langmuir.8b01263

    7. [7]

      Müller, K.; Moreno-López, J. C.; Gottardi, S.; Meinhardt, U.; Yildirim, H.; Kara, A.; Kivala, M.; Stöhr, M. Chem. Eur. J. 2016, 22, 581. doi: 10.1002/chem.201503205

    8. [8]

      Klyatskaya, S.; Klappenberger, F.; Schlickum, U.; Kühne, D.; Marschall, M.; Reichert, J.; Decker, R.; Krenner, W.; Zoppellaro, G.; H. Brune.; et al. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1230. doi: 10.1002/adfm.201001437

    9. [9]

      Li, N.; Zhang, X.; Gu, G.; Wang, H.; Nieckarz, D.; Szabelski, P.; He, Y.; Wang, Y.; Lü, J.; Tang, H.; et al. Chin. Chem. Lett. 2015, 26, 1198. doi: 10.1016/j.cclet.2015.08.006

    10. [10]

      Li, C.; Zhang, X.; Li, N.; Wang, Y.; Yang, J.; Gu, G.; Zhang, Y.; Hou, S.; Peng, L.; Wu, K.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13749. doi: 10.1021/jacs.7b05720

    11. [11]

      Bebensee, F.; Svane, K.; Bombis, C.; Masini, F.; Klyatskaya, S.; Besenbacher, F.; Ruben, M.; Hammer, B.; Linderoth, T. R. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 12955. doi: 10.1002/anie.201406528

    12. [12]

      Liu, J.; Chen, Q.; Wu, K. Chin. Chem. Lett. 2017, 28, 1631. doi: 10.1016/j.cclet.2017.04.022

    13. [13]

      Sun, Q.; Cai, L.; Ma, H.; Yuan, C.; Xu, W. ACS Nano 2016, 10, 7023. doi: 10.1021/acsnano.6b03048

    14. [14]

      Xue, Q.; Zhang, Y.; Li, R.; Li, C.; Li, N.; Yuan, C.; Hou, S.; Wang, Y. Chin. Chem. Lett. 2019, 30, 2355. doi: 10.1016/j.cclet.2019.09.027

    15. [15]

      王明越, 谭世倞, 崔雪峰, 王兵. 物理化学学报, 2019, 35, 1412. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905054Wang, M.; Tan, S.; Cui, X.; Wang, B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 1412 doi: 10.3866/PKU.WHXB201905054

    16. [16]

      王文元, 张杰夫, 李喆, 邵翔. 物理化学学报, 2020, 36, 1911035. doi: 10.3866/PKU.WHXB201911035Wang, W.; Zhang, J.; Li, Z.; Shao, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1911035 doi: 10.3866/PKU.WHXB201911035

    17. [17]

      黄智超, 戴亚中, 温晓杰, 刘丹, 林宇轩, 徐珍, 裴坚, 吴凯. 物理化学学报, 2020, 36, 1907043. doi: 10.3866/PKU.WHXB201907043Huang, Z.; Dai, Y.; Wen, X.; Liu, D.; Lin, Y.; Xu, Z.; Pei, J.; Wu, K. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36, 1907043 doi: 10.3866/PKU.WHXB201907043

    18. [18]

      Zhang, X.; Li, N.; Wang, H.; Yuan, C.; Gu, G.; Zhang, Y.; Nieckarz, D.; Szabelski, P.; Hou, S.; Teo, B. K.; et al. ACS Nano 2017, 11, 8511. doi: 10.1021/acsnano.7b04559

    19. [19]

      Yang, Z.; Gebhardt, J.; Schaub, T. A.; Sander, T.; Schönamsgruber, J.; Soni, H.; Görling, A.; Kivala, M.; Maier, S. Nanoscale 2018, 10, 3769. doi: 10.1039/c7nr08238j

    20. [20]

      Liu, J.; Chen, Q.; Xiao, L.; Shang, J.; Zhou, X.; Zhang, Y.; Wang, Y.; Shao, X.; Li, J.; Chen, W.; et al. ACS Nano 2015, 9, 6305. doi: 10.1021/acsnano.5b01803

    21. [21]

      Fan, Q.; Wang, C.; Han, Y.; Zhu, J.; Hieringer, W.; Kuttner, J.; Hilt, G.; Gottfried, J. M. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 4668. doi: 10.1002/anie.201300610

    22. [22]

      Eichhorn, J.; Strunskus, T.; Rastgoo-Lahrood, A.; Samanta, D.; Schmittel, M.; Lackinger, M. Chem. Commun. 2014, 50, 7680. doi: 10.1039/c4cc02757d

    23. [23]

      Sirtl, T.; Schlögl, S.; Rastgoo-Lahrood, A.; Jelic, J.; Neogi, S.; Schmittel, M.; Heckl, W. M.; Reuter, K.; Lackinger, M. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 691. doi: 10.1021/ja306834a

    24. [24]

      Björk, J.; Matena, M.; Dyer, M. S.; Enache, M.; Lobo-Checa, J.; Gade, L. H.; Jung, T. A.; Stöhr, M.; Persson, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 8815. doi: 10.1039/c003660a

    25. [25]

      Pham, T. A.; Song, F.; Alberti, M. N.; Nguyen, M. -T.; Trapp, N.; Thilgen, C.; Diederich, F.; Stöhr, M. Chem. Commun. 2015, 51, 14473. doi: 10.1039/c5cc04940g

    26. [26]

      Smykalla, L.; Shukrynau, P.; Zahn, D. R. T.; Hietschold, M. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 17228. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b04977

    27. [27]

      Shang, J.; Wang, Y.; Chen, M.; Dai, J.; Zhou, X.; Kuttner, J.; Hilt, G.; Shao, X.; Gottfried, J. M.; Wu, K. Nat. Chem. 2015, 7, 389. doi: 10.1038/NCHEM.2211

    28. [28]

      Zhang, X.; Li, N.; Gu, G.; Wang, H.; Nieckarz, D.; Szabelski, P.; He, Y.; Wang, Y.; Xie, C.; Shen, Z.; et al. ACS Nano 2015, 9, 11909. doi: 10.1021/acsnano.5b04427

    29. [29]

      Zhang, X.; Li, N.; Liu, L.; Gu, G.; Li, C.; Tang, H.; Peng, L.; Hou, S.; Wang, Y. Chem. Commun. 2016, 52, 10578. doi: 10.1039/c6cc04879j

    30. [30]

      Horcas, I.; Fernández, R.; Gómez-Rodriguez, J. M.; Colchero, J.; Gómez-Herrero, J.; Baro, A. M. Rev. Sci. Instrum. 2007, 78, 013705. doi: 10.1063/1.2432410

    31. [31]

      Henkelman, G.; Jónsson, H. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9978. doi: 10.1063/1.1323224

    32. [32]

      Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B 1993, 47, 558. doi: 10.1103/PhysRevB.47.558

    33. [33]

      Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169. doi: 10.1103/PhysRevB.54.11169

    34. [34]

      Blöchl, P. E. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953. doi: 10.1103/PhysRevB.50.17953

    35. [35]

      Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758. doi: 10.1103/PhysRevB.59.1758

    36. [36]

      Klimeš, J.; Bowler, D. R.; Michaelides, A. J. Phys. : Cond. Matter 2010, 22, 022201. doi: 10.1088/0953-8984/22/2/022201

    37. [37]

      Lee, K.; Murray, E. D.; Kong, L.; Lundqvist, B. I.; Langreth, D. C. Phys. Rev. B 2010, 82, 081101. doi: 10.1103/PhysRevB.82.081101

    38. [38]

      Klimeš, J.; Bowler, D. R.; Michaelides, A. Phys. Rev. B 2011, 83, 195131. doi: 10.1103/PhysRevB.83.195131

    39. [39]

      Liu, L.; Xiao, W.; Mao, J.; Zhang, H.; Jiang, Y.; Zhou, H.; Yang, K.; Gao, H. Chin. Chem. Lett. 2018, 29, 183. doi: 10.1016/j.cclet.2017.06.012

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  4
  • 文章访问数:  147
  • HTML全文浏览量:  25
文章相关
  • 发布日期:  2022-08-15
  • 收稿日期:  2020-11-23
  • 接受日期:  2020-12-01
  • 修回日期:  2020-11-30
  • 网络出版日期:  2020-12-14
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章