Aggregation durch metallophile Wechselwirkung

Die Selbst-Organisation von organischen Nanostrukturen auf Oberflächen hat in der Vergangenheit viele interessante Experimente angestoßen: So können z.B. offenporige Netze gebildet werden, die dann wieder selbst andere Moleküle oder Atomverbände (Cluster) aufnehmen. Neben ästhetischen Aspekten lassen sich an solchen Strukturen auch die sehr fundamentalen Wechselwirkungen zwi- schen den adsorbierten Molekülen untereinander und zum Substrat untersuchen. Die Nanostruktu- ren, im einfachsten Fall sind dies eindimensionale Reihen aus Molekülen die sich flach auf der Ober- fläche anordnen, können dabei durch starke, kovalente Bindungen, Wasserstoffbrückenbindungen oder deutlich schwächere van-der-Waals-Bindungen zusammengehalten werden. Bisher wissen- schaftlich nicht im Fokus waren metallophile Wechselwirkungen. Diese Wechselwirkung zeigt ein Maximum bei Gold-Verbindungen und wird Aurophilie genannt. Das Projekt konzentriert sich auf flüchtige Au(I)-Verbindungen, die in der Festkörperphase eine auro- phile Wechselwirkung zeigen. Typischerweise findet die Wechselwirkung dabei entlang von 1D- Ketten oder innerhalb 2D-Ebenen statt. Daher ist anzunehmen, dass die Komplexe auch auf Oberflä- chen 1D- und 2D-Aggregate bilden. Dabei werden neue Au(I)-Verbindungen entworfen, synthetisiert und charakterisiert. In diesem Zusammenhang soll auch der Einfluss der Substrate untersucht wer- den: Für Gold und Silber erwarten wir eine starke Wechselwirkung, für TiO2-Oberflächen hingegen eine schwache. Um die Aggregation zu untersuchen, werden wir verschiedene Echtzeit-fähige Techniken anwenden: Photoelektronen-Emissions-Mikroskopie(PEEM)und Differentielle optische Reflektivitäts- Spektroskopie (DRS) können beide die Änderungen der Oberflächeneigenschaften während eines Aufdampfexperimentes aufzeichnen. Insbesondere das PEEM kann nicht nur die topografischen, sondern auch elektronenspektroskopische Informationen bis hinunter zur sub-m-Skala der sich bil- denden Kristallite aufnehmen. Durch die Kombination der verschiedenen Techniken aus der Oberflä- chenphysik werden wir die Aggregation nicht nur beobachten und verstehen, sondern letztendlich auch kontrollieren können. Der iterativer Ansatz, bei dem die Liganden der Au(I)-Komplexe aufgrund der vorhergehenden experimentellen Ergebnisse modifiziert werden, erlaubt es schließlich, selbstor- ganisierte Strukturen mit variabler Dimensionalität bzw. Abstand zwischen den Au-Atomen herzustel- len.

Die Selbst-Organisation von organischen Nanostrukturen auf Oberflächen hat in der Vergangenheit viele interessante Experimente angestoßen: So können z.B. offenporige Netze gebildet werden, die dann selbst wieder andere Moleküle oder Atomverbände (Cluster) aufnehmen. Neben ästhetischen Aspekten lassen sich an solchen Strukturen auch die sehr fundamentalen Wechselwirkungen zwischen den adsorbierten Molekülen untereinander und zum Substrat untersuchen. Die Nanostrukturen, im einfachsten Fall sind dies eindimensionale Reihen aus Molekülen, die sich flach auf der Oberfläche anordnen, können dabei durch starke, kovalente Bindungen, Wasserstoffbrückenbindungen oder deutlich schwächere van-der-Waals-Wechselwirkungen zusammengehalten werden. Bisher wissenschaftlich nicht im Fokus waren metallophile Wechselwirkungen. Bei dieser speziellen van-der-Waals-Wechselwirkung zwischen den einzelnen Komplexmolekülen spielen schwere Metall-Atome eine besondere Rolle: Relativistische Effekte sorgen hier dafür, dass Abstand zwischen den Metall-Atomen deutlich kleiner als der übliche van-der-Waals-Radius wird. Die stärkste metallophile Wechselwirkung zeigen dabei die Gold(I)-Verbindungen.In diesem Projekt wurden daher nicht nur neue Gold(I)-Verbindungen synthetisiert und charakterisiert. In einem zweiten Schritt wurde dann die Aggregation ausgewählter Verbindungen auf verschiedenen Oberflächen untersucht. Als Aggregation bezeichnet man hier den Prozess, dass sich Moleküle zu einem größeren Verband (Aggregat) zusammenlagern. Auf Oberflächen können dies z.B. Inseln sein, die genau die Höhe eines Moleküls haben und in denen die Moleküle selbst wohlgeordnete Strukturen bilden.Ein Schwerpunkt des Projektes lag dabei darin, sich die Aggregation der Gold(I)-Komplexe quasi in Echtzeit anzuschauen: Hierzu wurden die Moleküle in einer Ultrahochvakuumkammer aufgedampft, während die zu beschichtenden Oberflächen mit dem Photoelektronen-Emissions-Mikroskop (PEEM) und (polarisationsabhängiger) Differentieller Reflektivitäts-Spektroskopie (DRS) beobachtet wurden. Insbesondere das PEEM kann nicht nur die topografischen, sondern auch elektronenspektroskopische Informationen bis hinunter zur sub-m-Skala der sich bildenden (zweidimensionalen) Inseln und (dreidimensionalen) Kristallite aufnehmen.