TiO2(110)表面卟啉與鎳的原位絡(luò)合反應及其分子構(gòu)型變化研究.pdf

1、U n i v e r s i t yo fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o fC h i n aA d i s s e r t a t i o nf o rd o c t o r ’Sd e g r e eS t u d i e s o n C o o r d i n a t i o nr e a c t i o nb e t w e e nT e t r a p h e n y l

2、p o r p h y r i n a n dN i c k e Io n T i 0 2 ( 1 10 ) S U 晌c e a n dt h eC h a n g e o f M o l e c u l a rC o n f o r m a t i o nA u t h o r ’SN a m e ：S p e c i a l i t y ：S u p e r v i s o r ：F i n i s h e d t i m e ：

3、C i c iW a n g —S y n c h r o t r o n R a d i a t i o n a n d A p p l i c a t i o nP r o f ．J u n f a Z h uM a y 6 m ，2 0 1 5摘要摘要卟啉類化合物在自然界中有著廣泛的存在，在材料科學、醫(yī)學、生物化學等許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。關(guān)于有機分子和寬能帶半導體之間的研究對于其在傳感器、太陽能電池裝置以及催化方面的應用有重要

4、意義。金屬卟啉以及卟啉類化合物與Z i 0 2 體系具有下列功能：( a ) 具有在氣體傳感器或納米多孔催化材料的光催化反應中作為活性位點的能力；( b ) 對于太陽能光譜的吸收性能使其在光電應用方面成為有潛力的備選物，因此引起了人們廣泛的研究興趣。然而，關(guān)于氧化物表面金屬與卟啉的絡(luò)合反應研究較少，我們進行模型界面的研究，有利于把握真實器件中最基本的物理問題，利用現(xiàn)代表面科學手段解釋有機／氧化物界面的相互作用，不僅為相關(guān)有機光電器件的構(gòu)

5、筑和優(yōu)化提供理論依據(jù)，而且為有機電子學的發(fā)展提供更多的實驗基礎(chǔ)。因此本文以四苯基卟啉( 2 H T P P ) 、鎳卟啉( N i T P P ) 、金紅石T i 0 2 ( 1 1 0 ) 為研究對象，借助同步輻射光電子能譜( S R P E S ) 、X 射線光電子能譜( x P S ) 、掃描隧道顯微鏡( S T M ) 和密度泛函理論計算( D F T )表面科學手段研究了卟啉與鎳在金紅石T i 0 2 ( 1 1 0 ) 表面

6、的原位絡(luò)合反應以及分子構(gòu)型的變化。本論文進行的工作分為以下幾個部分：( 1 ) 制備了還原性和化學計量比金紅石T i 0 2 ( 1 1 0 ) ．1 ×l 表面，比較不同表面對2 H T P P 分子薄膜的影響。另外還進行了2 H T P P 和N i T P P 薄膜的熱穩(wěn)定性研究，結(jié)果表明，這兩種分子都具有較好的熱穩(wěn)定性，通過多層薄膜退火可以制備單層薄膜，脫附溫度在5 5 0 K 左右，且單層分子可耐溫至6 1 0 K

7、。若繼續(xù)升高溫度，單分子層薄膜不會完全脫附，而是進一步分解，最終會有碳留在T i 0 2 ( 1 1 0 )表面。( 2 ) 利用X P S ，S T M 和D F T 研究了T i 0 2 ( 1 1 0 ) ．1 x 1 表面2 H T P P 分子與N i原子之間的原位絡(luò)合反應。如果先沉積2 H T P P 分子再沉積N i 原子，室溫下就可以形成N i T P P 。如果改變反應物的沉積順序，先沉積N i 原子再沉積2 H T

8、P P 分子，需要退火至5 5 0 K ，克服反應所需的活化能，絡(luò)合反應才能發(fā)生。從2 H T P P到N i T P P 分子的絡(luò)合反應過程中，分子吸附構(gòu)型從馬鞍型變?yōu)樗闹貙ΨQ性分子，且相對于2 H T P P 分子，生成的N i T P P 在表面上旋轉(zhuǎn)了4 5 0 ，與理論計算結(jié)果一致。( 3 ) 結(jié)合S R P E S ，S T M 和D F T 研究了T i 0 2 ( 1 1 0 ) ．1 ×2 表面2 H T P