收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

半金属表面上分子转子与马达的制备及其转动性质的STM研究

孙凯  
【摘要】:纳米材料指的是在三个维度空间中有一个或多个维度的尺寸处于纳米级别材料。因其具有与宏观体材料不同的一些奇特的物理化学性质,近年来引起了全世界科学家们的广泛关注。在这些纳米材料中,在分子尺度上能够完成某种特定功能的“分子机器”尤其吸引了研究人员的兴趣。虽然尺寸很小,但是它能够实现与传统机器同样的功能。目前,科学家们已经成功制造出了微型电梯、微缩分子肌肉、分子马达、分子汽车、分子钳等一系列微型分子机器。分子马达(motor)作为其中一个重要的研究分支,是一种能够将外界能量如电能、光能及化学能等转换为分子的定向运动或转动的分子机器。扫描隧道显微镜非常适合研究固体表面的分子马达的结构和转动性质,它不但能够监测单个分子的转动,而且还能研究分子转动随温度、外场、隧穿电子的能量的变化关系,以及近邻分子对转动的影响。然而,目前关于固体表面上分子马达的报道大多数都是单分子马达,鲜有关于固体表面上超分子马达的制备和性质相关研究的报道。水是自然界最常见的物质,也是生命体必不可少的物质,因此深入研究水与固体表面相互作用能够解决与人类生活息息相关的若干重大问题。近年来,水化电子在水结构中的溶解机制的研究已经发展成一个热点课题。水化电子化学活性强,在处理水污染和大气防治中有独特的优势。同时它也是辐射生物体系中重要的中间产物,在高能辐射过程中会对人体健康造成极大威胁。因此关于水化电子的研究将为物理化学、辐射生物学和环境科学等领域带来深刻影响。目前科学家们在研究水化电子在不同水结构的溶解机制上取得了很多重要的成功,但利用STM直接观察并测量到的水化电子结构目前还很少,尚没有利用水化电子团簇诱导分子链转动形成分子马达的相关报道。本文将围绕上述问题,利用超高真空低温扫描隧道显微镜对酞菁铜(CuPc)在半金属Bi(111)表面上的偏心转动与吸附取向转变、乙醇分子在石墨表面上基于氢键和充电态诱导的超分子马达以及水在石墨表面上基于水化电子诱导下的超分子马达的性质和机制进行了系统研究。具体研究内容如下:1.CuPc分子在半金属Bi(111)上的偏心转动与吸附取向转变利用分子束外延技术向半金属Bi(111)表面上制备了CuPc分子的自组装结构。在液氮温度下,单个CuPc分子在衬底Bi(111)表面上做偏心转动,当它陷入衬底表面的缺陷或遇到另一个CuPc分子停止转动。在亚单层薄膜中,非手性CuPc分子以“平躺”的方式吸附,并呈现了一定的手性特征。这可归因于分子-衬底间非对称的电荷转移和分子-分子间范德华相互作用的联合作用。在多层薄膜中,CuPc分子采取了“直立”的吸附方式。同时,随着覆盖度的增加,分子的吸附取向发生了由亚单层结构中的“平躺”到多层结构中“直立”的取向转变。2.石墨表面上乙醇分子在氢键和充电态作用下形成的超分子马达乙醇分子在石墨表面上能够形成不同尺寸和分子构型的团簇。利用STM针尖对单个团簇施加电压脉冲,团簇会被隧穿电子充电成为一个负电性团簇。带电团簇能够捕捉具有永久偶极矩的分子链,乙醇分子链围绕其做顺时针或逆时针的随机转动形成一个超分子转子。通过在分子链中引入手性分支可以抑制分子链的手性翻转,从而实现安装在固体表面上的具有顺时针手性特征的超分子马达。3.石墨表面上基于水化电子诱导下的水超分子马达利用变温沉积法在石墨表面制备了不同构型的水团簇和分子链。通过STM针尖施加电压脉冲的方法向水团簇中注入隧穿电子,水团簇接受一个水化电子后由电中性转变成负电性,能够通过静电相互作用吸引拥有偶极矩的水分子链。水分子链可以围绕负电水团簇做随机转动,形成一个表面安装的超分子转子。通过改变分子链的手性以增加分子链在某一转动方向上的转动势垒,可以实现方向性转动的分子马达。超分子马达的手性特征表明,水分子链的构型是实现方向性旋转的关键因素之一。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 波涛;;浅谈水化电子[J];化学教育;1982年05期
2 管明荣;水化电子与氧化还原反应机理[J];山东轻工业学院学报(自然科学版);1997年03期
3 刘树青;金属电极反应途径的某些探讨[J];烟台师院学报(自然科学版);1987年02期
4 江家贵,杨宏德,王洪云,池人昌;SOD 减轻食道癌患者放疗的辐射反应(附一例报道)[J];苏州医学院学报;1992年01期
5 戚生初,沈勤长,何永克,吴季兰;氰化钾水溶液的辐照Ⅲ,用甲酸钠为自由基清除剂研究产物生成机理[J];辐射研究与辐射工艺学报;1983年00期
6 周扬;关于溶液中O—R反应动力学的研究[J];鞍山师范学院学报;1992年03期
7 包华影,S.Navaratnam,B.J.Parsons,G.O.Phillips;用脉冲辐解研究9,10-菲醌的单电子还原性质(英文)[J];辐射研究与辐射工艺学报;1997年01期
8 徐文丽;陈庆德;沈兴海;;AOT微乳液中通过水化电子产额调控合成BaSO_4纳米纤维[J];物理化学学报;2014年06期
9 黄华,吴世法;纳米银胶的光化学制备及其特性研究[J];光子学报;2005年11期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王文清;李红霞;;磷酸小分子与核酸碱基以及黄酮类药物的作用机制[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 孙凯;半金属表面上分子转子与马达的制备及其转动性质的STM研究[D];西南大学;2019年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978