Lokale atomare und elektronische Struktur

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Sabine Maier; Professor Dr. M. Alexander Schneider
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 214951840

Im Projekt funCOS 1 werden Moleküladsorption, Selbstassemblierung und die Bildung von kovalenten, molekularen Netzwerken auf Oxidoberflächen auf der atomaren Skala untersucht. Zu diesem Zweck werden die Rastertunnelmikroskopie und kontaktlose Rasterkraftmikroskopie bei tiefen Temperaturen im Ultrahochvakuum eingesetzt.Moleküle aus der funCOS molecular toolbox werden auf CoO-, Co3O4- und MgO-Oberflächen deponiert und deren Adsorptionsverhalten und Selbstassemblierung untersucht. FunCOS 1 wird die Steuerung der Selbstassemblierung durch die Auswahl molekularer Seitengruppen und durch Aktivierung weiterer, auf Oxiden bislang unerforschter, intermolekularer Bindungsschemata weiterentwickeln. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Wasserstoffbrückenbindung zwischen Carboxyl- und Aminogruppen, der Halogenbindung und der Bildung von Netzwerken durch koordinative Bindungen zu Metallatomen. Dazu wird die thermische Stabilität der erforderlichen funktionellen Gruppen und von Metalladatomen auf Oxidoberflächen untersucht werden.Mit der Aktivierung von funktionellen Gruppen verwandt ist die Fragestellung nach anderen Modifikationen der Molekül-Substrat-Wechselwirkung, die durch chemische Reaktionen der Moleküle an der Oxidoberfläche herbeigeführt werden. Ein prominentes Beispiel hierfür ist die Selbstmetallierung von metallfreien Porphyrinen auf MgO oder CoO, die in der ersten Förderperiode entdeckt wurde. Es gibt Hinweise, dass Wasserstoffatome aus dieser Reaktion auf CoO strukturelle Umwandlungen erzeugen, die wiederum die Adsorption und Selbstassemblierung von Molekülen beeinflussen. Im Rahmen dieses Projekts werden daher die Eigenschaften von Wasserstoffatomen und OH-Gruppen auf MgO- und Kobaltoxidoberflächen untersucht. Dazu werden atomarer Wasserstoff direkt und OH-Gruppen über die Dissoziation von Wasser auf die Oberflächen gebracht. Außerdem wird versucht werden, Homokupplung von Molekülen durch Dehydrierung, Dehalogenierung oder metallorganische Bindungen auf Oxidoberflächen zu erreichen. Die Möglichkeiten Oxidoberflächen zu funktionalisieren werden ausgelotet, insbesondere die Rolle, die natürlich auftretende oder durch Ionen oder Elektronen erzeugte, atomare Defekte bei der Auslösung oder gar Katalyse von entsprechenden Oberflächenreaktionen spielen.Die elektronischen Eigenschaften der molekularen Systeme werden mittels Rastersondenspektroskopien untersucht. Mit Hilfe der Rastertunnelspektroskopie sollen die Grenzorbitale und ihre energetische Lage bestimmt werden. Mit der Kelvin-Sonde Kraftmikroskopie dagegen werden lokale Kontaktpotentialunterschiede innerhalb der Moleküllagen und über die Molekül-Oxid-Grenzfläche hinweg untersucht werden.Dieser lokale Ansatz ergänzt die Untersuchungen mit anderen nicht-lokalen Elektronenspektroskopien oder Streumethoden, wie sie in anderen funCOS-Projekten eingesetzt werden. In Zusammenarbeit mit funCOS 6 werden die Resultate der Rastersondenmikroskopie theoretisch modelliert und interpretiert.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1878: funCOS - Funktionale molekulare Strukturen auf komplexen Oxidoberflächen