Structural and electronic properties of organic layers on AU(111)

Abstract

Self-assembled monolayers (SAMs) have attracted attention due to their chemical and structural properties providing numerous new applications such as molecular electronics and electrochemistry. SAMs were optimized by experimental techniques including Scanning Tunneling Microscope (STM), Scanning Tunnelling Spectroscopy (STS), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Polarization-Modulation Infrared Reflection-Absorption Spectroscopy (PM-IRRAS), Cyclic Voltammetry (CV), Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The first part of this dissertation deals with the dynamic behaviour of decanethiol SAMs. The dynamic behaviour alkanethiols SAM is unique for its configuration giving indirect evidence for the structural ordering within the formation. Structural stability of decanethiol (decanesulfonates) SAMs were investigated by space- and time- resolved STM. Decanesulfonate phase shows less dynamic behaviour and is structurally more stable compared to the decanethiol phases. The second part of this dissertation describes the binding properties of alkyne molecules adsorbed on gold. Alkyne oxidation occurs at ambient conditions but it is found that unlike thiols, ordered alkyne SAM structure has still chemical bonding between carbon and gold. Alkyne SAMs are good candidates for the ambient molecular electronics application. The last part of this dissertation presents the study of a monolayer of a Ru(II) complex which is prepared on gold substrate. With the help of STM and XPS methods, the ordered structure and binding properties of the CS28 molecules were characterized by providing a deeper insight into the carboxyl and sulfur groups binding affinity to gold substrate. CV and EIS methods were used to compare the adsorption properties and charge transfer process with the bare gold substrate and SAMs.

Kendiliğinden düzenlenen tek katmanlı yapılar (SAM), moleküler elektronik ve elektrokimya gibi alanlarda çok sayıda yeni uygulamaya olanak sağlayan kimyasal ve yapısal özelliklerinden dolayı dikkat çekmektedir. Kendiliğinden düzenlenen tek katmanlı yapı, taramalı tünelleme mikroskobu, taramalı tünelleme spektroskopisi, X-Işını fotoelektron spektroskopisi, polarizasyon-modülasyon kızılötesi yansıma emilim spektroskopisi, döngüsel voltammetri, elektrokimyasal empedans spektroskopisi gibi çeşitli deneysel tekniklerle optimize edilmiştir. Bu tezin ilk bölümü dekantiyolun kendiliğinden düzenlenen tek katmanlı yapısının dinamik davranışı ile ilgilidir. Tek katmanlı alkantiyol yapıların dinamik davranışı, konfigürasyonu nedeniyle önemlidir çünkü oluşum içerisindeki yapı düzeni hakkında dolaylı kanıt sağlar. Dekantiyol ve hava ile okside olmuş dekantiyolün (dekansülfonat) yapısal kararlılığı uzay- ve zaman- çözünürlüklü taramalı tünelleme mikroskopisi tarafından incelenmiştir. Dekansülfonat fazı, dekantiyol fazlarına kıyasla daha az dinamik davranış gösterir ve yapısal olarak daha kararlıdır. Bu tezin ikinci kısmı, altın üzerine adsorbe edilmiş alkin moleküllerinin bağlanma özelliklerini açıklamaktadır. Alkin oksidasyonu normal şartlarda oluşur, ancak kendiliğinden düzenlenen tek katmanlı yapının tiyollerden farklı olarak, karbon ve altın arasında hala kimyasal bağa sahip olduğu anlaşılmıştır. Alkin tabanlı kendiliğinden düzenlenen tek katmanlar, moleküler elektronik uygulamaları için iyi bir adaydır. Tezin son kısmı, altın alt katman üzerinde çözelti yöntemiyle hazırlanan bir Ru (II) kompleksi tek tabakasının incelenmesini açıklamaktadır. Taramalı tünelleme mikroskopu ve X-Işını fotoelektron spektroskopisi yöntemleri ile CS28 molekülünün yapı düzeni ve bağlanma özellikleri, karboksil ve sülfür yapıların, altın alt katman üzerinde bağlanma eğilimleri derinlemesine incelenerek ortaya koyulmuştur. Çevrimsel voltametri ve empedans spektroskopisi yöntemleri, altın üzerinde kendiliğinden düzenlenenen tek katmanlı yapının ve boş altın alt tabakanın adsorpsiyon özelliği ve yük aktarım olaylarını kıyaslamak amacıyla kullanılmıştır.