Au（111）表面新型二维纳米结构的生长及扫描隧道显微镜表征

【摘要】：单原子层厚的碳材料(石墨烯)的出现使得二维材料在近十几年来得到了广泛关注,磷烯、硅烯、金属氧化物、超薄二维金属及分子结构的研究丰富了二维材料在电子、光学、机械性能及医疗方面的应用价值。虽然二维结构的研究已经取得了长足进展,但是如何高效且可控的制备新型金属及有机分子二维纳米材料一直是个挑战。本论文通过在金(Au(111))表面构筑功能化的辛烷硫醇条状相分子模板,制备出两种不同类型的二维纳米结构:一、各向异性单原子及双原子层二维金纳米片;二、几种不同分子配比的C60-辛烷硫醇二元分子二维纳米结构,并利用扫描隧道显微镜研究这两种二维纳米结构的生长机制。论文主要内容及创新结果如下:1.Au(111)表面辛烷硫醇分子条状相及网格状结构辛烷硫醇在Au(111)表面的组装结构受分子覆盖度的影响。对饱和覆盖度的辛烷硫醇分子/Au(111)表面进行一定条件退火处理可获得p(6.5×√3)条状相,p(11.5×√3)条状相以及由短链p(6.5 ×√3)条状相组装形成的网格状分子结构,三种结构间具有相近的分子覆盖度,且存在一定的转换关系。此外,p(6.5 ×√3)条状相结构在形成过程中会释放表面应力,从而引起分子链沿11(?)方向周期性的错位断开。2.辛烷硫醇/Au(111)表面各向异性生长二维矩形金纳米片Au(111)表面辛烷硫醇条状相分子间范德瓦尔斯相互作用会形成具有一定对称性的力场,此力场的引入使Au(111)面由三重对称变为二重对称。沉积在辛烷硫醇分子条状相/Au(111)表面的Au原子会受条状相分子结构的调控,聚集形成各向异性单原子层及双原子层金纳米片。扫描隧道显微镜(STM)表征发现,Au原子以11(?)方向为主要方向生长形成矩形金纳米片的长轴,而以6.5a为周期沿着1(?)0方向变宽形成金纳米片的短轴,这种生长方式呈现一定的量子化特征。3.C60-辛烷硫醇二元分子纳米结构通过Au(111)表面不同配比的辛烷硫醇与C60分子之间范德瓦尔斯相互作用,制备出几种C60-辛烷硫醇二元超分子组装结构。0.23原子层(ML)覆盖度的辛烷硫醇分子条状相结构表面沉积C60,在不同的C60分子沉积量下分别得到了 C60-辛烷硫醇分子配比为1:4,4:14以及7:10的二元分子二维纳米网状结构。进一步通过对样品控温退火来降低辛烷硫醇分子在二元分子体系中的占比,获得了 C60-辛烷硫醇分子配比为1:2的纳米链结构。此外,扫描隧道显微镜低温(80K)表征发现,二维多孔纳米结构中C60分子的趋向具有一定的规律性且部分C60分子会发生电荷转移形成C60分子对。