金、铂、铜单晶面上自组装单层膜的ECSTM与分子模拟研究

论文摘要

分子自组装从80年代开始就引起人们广泛的研究兴趣，是凝聚态物理、材料科学、合成化学、结构化学、生物科学、纳米材料及电子器件等研究领域的交叉课题。含氮、硫原子的有机化合物在贵金属表面能形成良好有序的自组装单层膜。 电化学扫描隧道显微镜（ECSTM）能够在分子、原子尺度上原位实时地观察电极表面的状态和吸附物的形态结构，分子模拟从原子水平的相互作用出发，借助计算机数值模拟的方法得到分子的结构、动力学、热力学等方面的信息，以及研究这些信息与功能之间的关系。 本文将电化学扫描隧道显微镜技术和分子模拟方法相结合，研究以正己基硫醇为代表的烷基硫醇和以苯硫醇为代表的芳基硫醇在Au（100）和Pt（100）表面的吸附，以及1，5-二苯基卡巴肼分子在Cu（111）表面的吸附，从分子、原子水平上揭示自组装膜的形成机理。 1．电化学扫描隧道显微镜（ECSTM）研究正己基硫醇在重构和未重构的Au（100）电极表面的吸附。 我们应用原位ECSTM研究了在高氯酸中的正己基硫醇在Au（100）表面的吸附。当电位控制在0.8 V和0.1 V时，在未重建的Au（100）-（1×1）表面上分别形成两种有序的结构，即((21／)×(101／10)和((21／2×(21／3)R45°结构，吸附以前一种结构为主。吸附的初始阶段，吸附的正己基硫醇在Au（100）表面上不具有流动性；吸附接近饱和时，能够观察到吸附层从无序到有序的相转变。高质量的STM图像辅助分子模型，显示正己基硫醇分子的吸附点有两种，即二重桥位和四重空位。正己基硫醇吸附分子在重建的Au（100）-“hex”表面也能以有序的吸附相存在，但吸附较弱，难以得到高质量的STM图像。 2．电化学扫描隧道显微镜（ECSTM）研究苯硫醇在Au（100）和Pt（100）电极表面的吸附。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 自组装概述
• 1.1.1 自组装技术的发展
• 1.1.2 自组装成膜机理及特点
• 1.2 STM技术的应用及研究进展
• 1.2.1 STM研究金属的腐蚀
• 1.2.2 STM研究欠电位沉积
• 1.2.3 STM研究有机化合物的组装
• 1.3 分子模拟在金属表面自组装中的应用
• 1.3.1 金属表面组装烷基硫醇的研究
• 1.3.2 金属表面组装芳基硫醇的研究
• 1.3.3 组装其它杂环化合物的研究
• 1.4 本论文主要研究内容及意义
• 参考文献
• 第二章 研究方法
• 2.1 STM方法
• 2.1.1 STM基本原理
• 2.1.2 电化学STM（ECSTM）
• 2.1.3 药品、仪器、实验步骤
• 2.2 分子模拟方法
• 2.2.1 量子化学
• 2.2.2 分子力学与分子动力学
• 2.2.3 分子力场及应用范围
• 2.2.4 选用的分子模拟软件
• 参考文献
• 第三章 正己硫醇在Au（100）表面吸附的电化学STM研究
• 3.1 引言
• 3.2 Au（100）电极的表面重构现象
• 3.3 干净Au（100）表面的ECSTM
• 3.4 正己硫醇在未重构的Au（100）-（1×1）表面的吸附
• 3.5 正己硫醇在重构的Au（100）表面的吸附
• 3.6 小结
• 参考文献
• 第四章 苯硫醇在Au（100）和Pt（100）表面吸附的电化学STM研究
• 4.1 引言
• 4.2 Pt（100）单晶电极的表面结构与性质
• 4.3 苯硫醇在高氯酸溶液中在Au（100）面的吸附
• 4.4 苯硫醇在高氯酸溶液中在Pt(（100）面的吸附
• 4.5 小结
• 参考文献
• 第五章 苯硫醇在Au（100）和Pt（100）表面吸附的分子模拟研究
• 5.1 引言
• 5.2 苯硫醇（BT）在Au（100）表面的吸附
• 5.3 苯硫醇（BT）在Pt（100）表面的吸附
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 1,5-二苯基卡巴肼在铜表面吸附的分子模拟研究
• 6.1 引言
• 6.2 DPC分子吸附的分子力学模拟
• 6.2.1 DPC分子电负性的计算
• 6.2.2 DPC分子在低覆盖度下的吸附
• 6.2.3 DPC分子在高覆盖度下的吸附
• 6.3 结论
• 参考文献
• 本论文的创新点及存在的不足
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表