Strukturanalyse von Theobromin Molekülen auf verschiedenen Oberflächen: eine STM und LEED Studie
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Date
2021
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Abstract
In der folgenden Studie werden die ersten Experimente zur Aufklärung der Adsorption von Theobromin auf Au(111), Few-Layer Graphen/6H-SiC(0001) und Cu(100) vorgestellt. Die englische Bezeichnung Few-Layer Graphen steht hierbei für bis zu 3 Graphenlagen. Die Selbstanordnung von Theobromin wird mittels Rastertunnelmikroskops (engl. scanning tunneling microscope, STM) und niederenergetischer Elektronenbeugung (engl. low-energy electron diffraction, LEED) untersucht. Zusätzlich werden LEED-Muster simuliert und sowohl mit gemessenen LEED-Mustern als auch mit 2D-schnellen Fourier-Transformationen (engl. 2D-fast Fourier trans-form, 2D-FFT) von STM-Messungen verglichen.
Auf Au(111) und Few-Layer Graphen/6H-SiC(0001) wird gezeigt, dass die Adsorbateinheitszelle rechteckig ist und 4 Theobromin Moleküle beinhaltet. Die Moleküle unterscheiden sich jedoch innerhalb der Einheitszelle in der Orientierung relativ zueinander. Auf Au(111) zeigen die Theobromin Moleküle Prochiralität, welche mit Gleitspiegelsymmetrien erklärt wird.
Die Adsorption auf Cu(100) zeigt bei dem hier verwendeten Versuchsaufbau keine geordnete Struktur, was auf eine stärkere Adsorbat-Substrat Wechselwirkung hindeutet. Durch Erhöhen der Substrattemperatur wird keine geordnete Struktur erzielt. Die Moleküle desorbieren bei einer Temperatur von 180 °C.
Mithilfe der LEED Simulationen werden auf Au(111) 6 Theobromin-Domänen mit einer Rotation von 30° und auf Graphen 3 Domänen mit einer Rotation von 60°relativ zueinander gefunden. Des Weiteren wird ein Strukturmodell der Theobromin Moleküle auf Au(111) vorgestellt, basierend auf Gleitspiegelsymmetrie. Die Molekülorientierungen auf Few-Layer Graphen/6H-SiC(0001) werden anhand von STM-Messungen mit Intramolekularauflösung bestimmt. Zusätzlich wird durch die angenommene Theobromin Adsorbatstruktur ein Moiré-Muster auf Graphen erklärt. Dieses wird auf die Überlagerung des rechteckigen Theobromingitters mit der hexagonalen 6x6-Rekonstruktion auf Graphen/6H-SiC(0001) zurückgeführt.
Here we present the first experimental comparative study of theobromine monolayers on Au(111), few-layer graphene on 6H-SiC(0001) and on Cu(100). Wherein up to 3 graphene layers are called few-layer graphene. The self-assembly of theobromine is characterized utilizing scanning tunneling microscopy (STM) and low-energy electron diffraction (LEED). Additionally, LEED pattern simulations are performed and compared with the experimental data as well as with 2D-fast Fouriertransforms (2D-FFT) of STM measurements. On Au(111) and few-layer graphene on 6H-SiC(0001) we found that the adsorbate unit cell is rectangular and consists of 4 theobromine molecules. Whereas the orientations of the molecules within the unit cell differ. On Au(111), the molecules are prochiral, which is explained by glide reflections. The self-assembly on the Cu(100) substrate shows no periodic structure for our experimental set up which could be due to a strong adsorbate-substrate interaction. Different heating temperatures at the substrate do not lead to a periodic adsorbate structure. The molecules desorbe at a temperature of 180 °C. LEED simulations predict 6 theobromine domains on Au(111) with a rotation of 30° and 3 domains on the graphene substrate with a rotation of 60° relative to each other. Further a possible structure model for theobromine molecules on Au(111) is presented based on the results concerning glide reflection symmetry. On few-layer graphene/6H-SiC(0001) intramolecular STM images are utilized to find the orientation of the molecules. Additionally, a Moiré-pattern on graphene is explained by the supposed theobromine adsorbate structure. The Moiré-pattern is explained by the misfit of the rectangular theobromine lattice to the hexagonal 6x6-reconstruction of graphene on 6H-SiC(0001).
Here we present the first experimental comparative study of theobromine monolayers on Au(111), few-layer graphene on 6H-SiC(0001) and on Cu(100). Wherein up to 3 graphene layers are called few-layer graphene. The self-assembly of theobromine is characterized utilizing scanning tunneling microscopy (STM) and low-energy electron diffraction (LEED). Additionally, LEED pattern simulations are performed and compared with the experimental data as well as with 2D-fast Fouriertransforms (2D-FFT) of STM measurements. On Au(111) and few-layer graphene on 6H-SiC(0001) we found that the adsorbate unit cell is rectangular and consists of 4 theobromine molecules. Whereas the orientations of the molecules within the unit cell differ. On Au(111), the molecules are prochiral, which is explained by glide reflections. The self-assembly on the Cu(100) substrate shows no periodic structure for our experimental set up which could be due to a strong adsorbate-substrate interaction. Different heating temperatures at the substrate do not lead to a periodic adsorbate structure. The molecules desorbe at a temperature of 180 °C. LEED simulations predict 6 theobromine domains on Au(111) with a rotation of 30° and 3 domains on the graphene substrate with a rotation of 60° relative to each other. Further a possible structure model for theobromine molecules on Au(111) is presented based on the results concerning glide reflection symmetry. On few-layer graphene/6H-SiC(0001) intramolecular STM images are utilized to find the orientation of the molecules. Additionally, a Moiré-pattern on graphene is explained by the supposed theobromine adsorbate structure. The Moiré-pattern is explained by the misfit of the rectangular theobromine lattice to the hexagonal 6x6-reconstruction of graphene on 6H-SiC(0001).
Description
Table of contents
Keywords
Theobromin Moleküle, Adsorptionsstruktur, Rastertunnelmikroskop