Adsorption von Phthalocyanin-Molekülen auf anisotropen Oberflächen

Abstract

Verstärkt wird in den letzten Jahren das Adsorptionsverhalten organischer Moleküle auf Oberflächen untersucht. Das Ziel solcher Untersuchungen sind "funktionalisierte Oberflächen" und die Optimierung der an ihnen ablaufenden Prozesse. Besonders Phthalocyanine, planare aromatische Makrozyklen, sind wegen ihrer optischen und elektronischen Eigenschaften von großem Interesse.<br /> In dieser Arbeit wurden die Templateigenschaften anisotroper metallischer, bi-metallischer und oxidischer Oberflächen bezüglich des Adsorptionsverhalten von Phthalocyanin-Molekülen mit bildgebenden und spektroskopischen Methoden, wie die Ultraviolett Photoelektronen Spektroskopie (UPS), die Photoemission von adsorbiertem Xenon (PAX), die Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED) und die Rastertunnelmikroskopie (STM), untersucht. Weiterhin wurden für begleitende Messungen die Quadrupol-Massen-spektrometrie (QMS) und die Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES) verwendet. Ausgewählte Messungen wurden durch DFT-Rechnungen ergänzt.<br /> Als metallische Oberflächen fanden die Au(110)- und die Pd(110)-Oberfläche Verwendung, welche die für fcc(110)-Oberflächen typische Anisotropie zeigen. Auf der Au(110)-Oberfläche findet zusätzlich eine spontane (1x2)-Rekonstruktion statt, die die Anisotropie noch verstärkt. Für die Pd(110)-Oberfläche sind vergleichbare Effekte durch Wasserstoff-Adsorption zu beobachten. Als bi-metallisches System diente die mit jeweils einer oder zwei Monolagen Gold bedampfte Pd(110)-Oberfläche. Hierbei wächst 1ML Gold pseudomorph auf der Pd(110)-Oberfläche auf, bereits eine Bedeckungen von 2ML zeigt die Eigenschaften des Goldes.<br /> Zusätzliche Messungen wurden mit zwei verschiedenen Oxidfilmen auf der Pt₃Ti(111)-Oberfläche mit Mangan-Phthalocyanin durchgeführt. Durch die Struktur des z´-TiO_x-Oxidfilms bilden sich Gräben auf der Oberfläche, die eine deutliche Anisotropie hervorrufen. Die orientiert adsorbierten organischen Moleküle führen allerdings zu einer langsamen Transformation der z'-Phase in die zweite oxidische Struktur, die w'-Phase mit hexagonaler Symmetrie.<br /> Tatsächlich nehmen die Moleküle auf den verschiedenen Templaten bevorzugt bestimmte Bindungspositionen ein. Dabei zeigt sich, dass besonders die Au(110)-Oberfläche durch die verstärkte Korrugation, basierend auf der Rekonstruktion dieser Oberfläche, einen sehr starken Einfluss auf die Phthalocyanin-Moleküle hat. Durch das Substrat gesteuert wachsen die Moleküle in Reihen in der[1 <span style="text-decoration: overline;">1</span>0]-Richtung auf und die Struktur der darunter befindlichen Au(110)-Oberfläche ändert sich in eine (1x3)-Rekonstruktion. Auf der Pd(110)-Oberfläche ist dieser Effekt nicht zu beobachten. Bei den bi-metallischen Au/Pd-Oberflächen beobachtet man einen stetigen Übergang von den Eigenschaften des Pd-Substrats zu denen des Goldes.<br /> Auf dem z´-TiO_x-Oxidfilm wurde ebenfalls eine lineare Anordnung der Moleküle gefunden.

<strong>Adsorption of Phthalocyanine molecules on anisotropic surfaces</strong><br /> The adsorption of organic molecules has attracted considerable attention in recent years in order to produce "functional surfaces" and to optimize processes taking place on these surfaces. Especially phthalocyanines, planar aromatic macro-cycles, are very interesting owing to their promising optical and electronic properties. <br /> <p>In this work intrinsic anisotropic metal, bi-metallic and oxide surfaces have been investigated concerning their properties of being a template for the adsorption of phthalocyanine molecules. Imaging and spectroscopic methods like ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), photoemission of adsorpted Xenon (PAX), low energy electron deflection (LEED) and scanning tunneling microscopy (STM) have been used in these investigations. Additional measurements have been performed by quadrupol mass spectrometry (QMS) and Auger electron spektroskopie (AES). Selected studies were complemented by DFT-calculations.<br /> As metallic substrates served the Au(110)- and the Pd(110)-surface showing an intrinsic anisotropy which is typical for the (110) surfaces of fcc metals. This anisotropy is even augmented on the Au(110) surface due to its spontaneous (1x2) reconstruction. On the Pd(110) surface this effect also takes place under the influence of hydrogen. As bi-metalic surfaces the gold covered Pd(110) has been used, namely a pseudomorphic 1 ML film as well as a bilayer film of gold on Pd(110), whereby the latter exhibits a similar behaviour as the pure Au(110) surface.<br /> Additional measurements were also performed with two different oxide films on a Pt ₃ Ti(111) surface, namely the z´-TiOx phase with rectangulasr unit cell which is intrinsically anisotropic due to its zig-zag-stripe pattern, and the w'-phase of hexagonal symmetry.<br /> It is found that, indeed, the molecules prefer specific positions and orientations on these different surfaces. Governed by the anisotropy of the Au(110) surface the molecules form rows in the [1<span style="text-decoration: overline;">1</span>0] direction, concomitantly the reconstruction of the substrate changes to a (1x3) structure. This effect does not take place on the bare Pd(110) surface. On the bi-metalic Au/Pd-surfaces a continues transition of the molecular behavior occurs from that on the bare Pd(110) surface to that on the Au(110)(1x2) surface.<br /> Due to its strong corrugation caused by the reconstruction the Au(110) surface seems to be the most promising candidate to have the most efficient template effect on the adsorption of Phthalocyanine molecules.