dr Damian Nieckarz, dr hab. Paweł Szabelski, prof. UMCS Badania teoretyczne samoorganizacji cząsteczek w metaloorganicznych warstwach zaadsorbowanych dr Damian Nieckarz, dr hab. Paweł Szabelski, prof. UMCS

Cele i motywacja badań Budowa prostego modelu teoretycznego, który pozwoliłby na przewidywanie morfologii metaloorganicznych połączeń w warstwach zaadsorbowanych zawierających cząsteczki funkcjonalne. Zbadanie wpływu geometrii oraz rozmieszczenia grup funkcyjnych w obrębie prostych cząsteczek organicznych na morfologię powstających struktur supramolekularnych opartych na kierunkowych, odwracalnych wiązaniach koordynacyjnych. Zbadanie podstawowych czynników wpływających na procesy samoorganizacji w metaloorganicznych warstwach zaadsorbowanych, jak: skład badanych układów (proporcja ligand/metal), liczba koordynacyjna atomów metalu, temperatura, pokrycie powierzchni i inne.

Przegląd badanych ligandów

A B C + + + cis trans(L) trans(R) C(L) C(R) D E F

Założenia modelu Adsorpcja zachodzi na sieci trójkątnej reprezentującej jednorodną energetycznie, pozbawioną defktów powierzchnię krystaliczną np. Au(111) Cząsteczki organiczne reprezentowane są za pomocą połączonych segmentów, z których każdy reprezentuje pierścień fenylowy i zajmuje jedno miejsce na sieci trójkątnej. Atomy metalu reprezentowane są za pomocą izolowanych segmentów, z których każdy zajmuje jedno miejsce adsorpcyjne na sieci trójkątnej. Cząsteczki organiczne wyposażone są w segmenty aktywne umożliwiające kierunkowe oddziaływanie z atomami metalu, którego zasięg ograniczony jest do najbliższych sąsiadów na sieci trójkątnej. Energia oddziaływania między segmentami aktywnymi cząsteczek a atomami metalu określona jest przez parametr 𝜀=−1. Parametrami modelu są: liniowy rozmiar sieci trójkątnej, liczba zaadsorbowanych cząsteczek/atomów metalu, temperatura oraz energia oddziaływania ligand →metal.

Wyniki symulacji Monte Carlo

A Metal (III) 1200 M(III) + 1800 L (2:3) [1] D. Nieckarz, P. Szabelski, ,,Understanding pattern formation in 2D metal-organic coordination systems on solid surfaces”, J. Phys. Chem. C, 117, 21, 11229-11241, 2013.

B + + cis trans(L) trans(R) Metal (III)

B-cis Metal (III) 1200 M(III) + 1800 L (2:3)

B-trans(R) Metal (III) B-trans(L) 1200 M(III) + 1800 L (2:3)

+ 1 : 1 C(L) C(R) (mieszanina racemiczna) Metal (III)

1200 M(III) + 1800 L (2:3) 1800 M(III) + 2700 L (2:3)

D Metal (III)

+ Metal (III) 1800 M(III) + 2700 L (2:3) MOST-1 MOST-2 MOST: Metal-Organic Sierpiński Triangle 1800 M(III) + 2700 L (2:3)

˄ (LD)2-M(III) + LD ↔ (LD)3-M(III) Ω = 2 Ω = 6 F = E - ST S = k∙lnΩ F = E – (k∙lnΩ)T k = 1 T = 0.1 E = -3 F = -3,06931 F = -3,17918 < ˄

Wacław Sierpiński (1882-1969) 1200 M(III) + 1800 L (2:3) MOST-1 MOST-2

+ Metal (III) Motywy homotaktyczne 1200 M(III) + 1800 L (2:3) [3] Q. Sun, L. Cai, H. Ma, C. Yuan, W. Xu, ,,On surface construction of metal-organic Sierpiński triangle”, Chem. Commun., 51, 14164-14166, 2015.

1 1 2 3 D 4 5 6 [4] N. Li, X. Zhang, G. Gu, H. Wang, D. Nieckarz, P. Szabelski, Y. He, Y. Wang, J. Lu, H. Tang, L. Peng, S. Hou, K. Wu, Y. Wang, ,,Sierpiński-triangle fractal crystals with the C3v point group”, Chin. Chem. Lett., 26, 10, 1198-1202, 2015.

Ag(111) + [5] J. Shang, Y. Wang, M. Chen, J. Dai, X. Zhou, J. Kuttner, G. Hilt, X. Shao, J. M. Gottfried, K. Wu, ,,Assembling molecular Sierpiński triangle fractals”, Nature Chemistry, 7, 389-393, 2015.

[6] X. Zhang, N. Li, G. C. Gu, H. Wang, D. Nieckarz, P. Szabelski, Y [6] X. Zhang, N. Li, G. C. Gu, H. Wang, D. Nieckarz, P. Szabelski, Y. He, Y. Wang, C. Xie, Z. Y. Shen, J. T. Lu, H. Tang, L. M. Peng, S. M. Hou, K. Wu, Y. F. Wang, ,,Controlling molecular growth between fractals and crystals on surfaces”, ACS Nano, 9, 12, 11909-11915, 2015.

[7] G. Gu, N. Li, L. Liu, X. Zhang, Q. Wu, D. Nieckarz, P. Szabelski, L. Peng, B. K. Teo, S. Hou, Y. Wang, ,,Growth of covalently bonded Sierpiński triangles up to the secondgeneration”, RSC Advances, 6, 66548-66552, 2016.

[8] A. Rastgoo-Lahrood, N. Martsinovich, M. Lischka, J. Eichhorn, P [8] A. Rastgoo-Lahrood, N. Martsinovich, M. Lischka, J. Eichhorn, P. Szabelski, D. Nieckarz, T. Strunskus, K. Das, M. Schmittel, W. M. Heckl, M. Lackinger, ,,From Au-thiolate chains to thioether Sierpiński triangles: the versatile surface chemistry of 1,3,5-tris(4-mercaptophenyl)benzeze on Au(111)”, ACS Nano, 10 (12), 10901-10911, 2016.

Dziękuję za uwagę!