自组装单分子膜中原子结构和电子性质的NEXAFS研究

自组装单分子膜中分子排列有序易于调控膜结构和性能的关系，是研究表面和界面各种复杂现象(如腐蚀、磨擦、湿润、粘接等)和电荷分布电子输运过程的关键。为从机理上揭示大分子自组装系统的形成机制，进一步明确分子结构与功能的关系，本项目将选取一系列典型的分子自组装系统(不同分子在不同金属表面自组装），通过基于密度泛函理论的第一性原理和近边X射线吸收精细结构谱的研究达到以下目标：(1) 确定系统中自组装单分子膜的原子结构，从微观上揭示单分子膜的生长机理。(2) 通过改变单分子膜的结构参数，了解其与单分子膜性能之间的关系。(3) 利用第一性原理和自洽场团簇电子结构计算确定分子与分子以及分子与衬底的相互作用，讨论自组装单分子膜的结构稳定性。通过这些研究，加深对大分子以及超分子自组装系统成膜机理的认识，为分子自组装方法在纳米电子学器件的构造等技术应用提供基础的物理和化学信息。

自组装单分子膜中分子排列有序易于调控膜结构和性能的关系，是研究表面和界面各种复杂现象和电荷分布电子输运过程的关键。基于密度泛函理论的第一性原理已广泛应用于研究自组装膜及吸附系统的原子结构。. 我们课题组利用多重散射团簇理论和第一性原理方法研究了一些分子自组装膜及其吸附系统，如氧化亚氮（N2O）分子单层膜、N2O分子多层膜、N2O/Ir(110)、C2H2/Si(100)、(NO)2/Rh(111)和二苯硫分子单层膜，确定了这些系统的原子结构。. 利用第一性原理方法研究了N2O分子单层膜的原子结构，即许多N2O分子自组装成一维分子链，许多一维分子链自组装成单分子膜。研究确定了单分子膜的中分子与衬底的倾角，该倾角与分子膜吸附于Ag、Cu等衬底上时的实验数据吻合得很好。该文章投稿于Phys. Lett. A，6月9日received，6月11日accepted。审稿人只有一句话：“The paper is interesting and can be published”。. 利用第一性原理方法研究了N2O分子多层膜的原子结构，即若干N2O分子单层膜对齐自组装成分子多层膜。其最稳定的结构类似于晶体结构。文章发表于Physica B。. 利用多层散射团簇理论研究了N2O/Ir(110)系统的原子结构和相互作用。N2O氧原子的1s NEXAFS谱中第一个峰不是源于分子与衬底的关系，而是源于N2O单层膜中分子链与分子链的作用。文章发表于Chinese Physics B。.利用多层散射团簇理论研究了C2H2/Si(100)系统的原子结构。C2H2在Si表面吸附的吸附结构是唯一的Dimerized结构。至于x射线沿两个垂直方向入射的实验谱一致，这不能说明存在两种吸附结构，而是说明吸附衬底存在台阶。文章发表于Applied Surface Science。. 利用第一性原理方法研究了Rh(111)表面上NO对分子单层膜的原子结构，即相邻两个NO分子组成NO对，然后许多NO对分子自组装成NO对分子链，最后许多NO对分子链组成若干种NO对分子单层膜。NO对分子单层膜吸附于Rh(111)。该结构模型与实验数据吻合。文章发表于Applied Surface Science。. 三年来，我们课题组执行课题研究计划，在国内外SCI期刊上发表6篇论文。