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金属及氧化物表面分子吸附体系的扫描隧道显微术研究

作　者: 黄甜
导　师: 侯建国；王海千
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 扫描隧道显微镜分子吸附手性螺吡喃二氧化钛
分类号: O647.3
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本论文介绍了作者利用STM对金属及金属氧化物表面分子吸附体系进行的研究工作。在第一章中，我们首先回顾了扫描隧道显微镜的工作原理及相关的基本理论，简要举例探讨了其在表面分子吸附体系中的应用，并详细介绍了论文实验部分所使用的低温超高真空STM的结构与实验中涉及到的其他实验方法。在第二章中，我们利用STM系统地研究了6-硝基螺吡喃这种具有复杂分子结构的手性分子在Au（111）表面的吸附行为，并着重考察了其二维吸附结构中分子手性的表现方式。借助于高分辨的STM图像和基于第一性原理的图像模拟，我们在具有密排结构的6-硝基螺吡喃分子单层膜中首次发现并解释了一种新颖的二维手性现象，即二维取向无序分子吸附体系的手性准分离。在此基础上，我们还对Au（111）表面6-肖基螺吡哺分子吸附体系覆盖度依赖的手性相变现象进行了初步的研究。在第三章中，我们研究了Au（111）表面8-硝基螺吡喃（SP8）自组装单层膜中分子的排列和手性表现。SP8和SP6结构上的微小差异带来了相应分子单层膜中分子手性表现的巨大变化。SP8消旋混合物在Au（111）表面形成了两种对映形态的分级手性二维结构。这一结果表明，通过简单改变苯并吡喃环上的硝基位置，可以对硝基螺吡喃这种低对称手性分子在Au（111）表面的手性表现进行有效的调控。在第四章中，我们利用STM系统研究了TiO₂（11O）这个重要的催化相关表面上几种小分子的吸附问题。利用隧道电流对表面H原子的可控脱附，我们获得并研究了表面孤立的单个氧空位和OH基团这两种TiO₂（110）表面最主要的点缺陷结构。在此基础上，我们详细研究了O₂在完整、有氧空位和OH覆盖的不同TiO₂表面的吸附构型，确定了CO在TiO₂表面的几种特定吸附位，并初步探讨了CO和表面预吸附O原子的反应性。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章扫描隧道显微学简介  8-28
  1.1 扫描隧道显微镜简介  8-12
    1.1.1 扫描隧道显微镜的发明与发展  8-10
    1.1.2 STM工作原理  10-12
  1.2 扫描隧道显微学基本理论  12-19
    1.2.1 电子隧穿与—维隧穿模型  12-15
    1.2.2 修改的Bardeen微扰方法  15-17
    1.2.3 Tersoff-Hamann近似  17-18
    1.2.4 样品的电子结构及其计算模拟方法  18-19
  1.3 扫描隧道显微学在表面分子吸附体系的应用  19-23
  1.4 本论文研究工作  23-28
    1.4.1 本论文中使用的实验方法  23-26
    1.4.2 本论文研究工作  26-28
第二章 6-硝基螺吡喃分子在Au(111)表面的二维手性吸附结构  28-66
  2.1 研究背景  28-42
    2.1.1 固体表面二维分子吸附体系中的手性问题  28-29
    2.1.2 吸附分子绝对手性的直接鉴别  29-33
    2.1.3 手性表面结构的构筑  33-35
    2.1.4 手性分子外消旋体的二维吸附结构  35-37
    2.1.5 其他表面手性现象  37-42
  2.2 螺吡喃分子与Au(111)表面简介  42-44
  2.3 SP6分子单层膜中分子的手性表现  44-57
    2.3.1 吸附及二维组装结构  44-46
    2.3.2 吸附分子绝对手性的鉴别  46-50
    2.3.3 取向无序分子畴中的手性准分离  50-55
    2.3.4 畴界和缺陷结构  55-57
  2.4 覆盖度依赖的手性相变  57-64
    2.4.1 低覆盖度下的双链相(D相)  57-60
    2.4.2 高覆盖度下的多孔相(P相)和密排相(C相)  60-63
    2.4.3 C相至D相的自发相变  63-64
  2.5 小结与展望  64-66
第三章硝基螺吡喃分子手性表现的超分子调控  66-76
  3.1 研究背景  66-68
  3.2 实验方法  68-69
  3.3 单层8-硝基螺吡喃分子膜中的分级手性结构  69-74
  3.4 异手性畴间的畴界结构  74-75
  3.5 小结与展望  75-76
第四章金红石型TiO_2(110)表面小分子吸附的STM研究  76-94
  4.1 研究背景  76-81
    4.1.1 金红石型TiO_2的结构与性质  76-78
    4.1.2 金红石型TiO_2(110)表面  78-79
    4.1.3 小分子在TiO_2(110)表面吸附的研究简介  79-81
  4.2 实验方法  81
  4.3 TiO_2(110)表面缺陷态的实空间分布  81-85
  4.4 O_2在TiO_2(110)表面的吸附  85-88
    4.4.1 仅含Ov的原始TiO_2(110)表面  85-86
    4.4.2 无Ov的完整TiO_2(110)表面  86-87
    4.4.3 OH覆盖的TiO_2(110)表面  87-88
  4.5 CO在TiO_2(110)表面的吸附  88-92
    4.5.1 表面Ov对CO吸附的影响  88-90
    4.5.2 CO与表面预吸附O原子的作用  90-92
  4.6 小结与展望  92-94
附录A 参考文献  94-98
附录B 攻读博士学位期间论文发表情况  98-100
致谢  100

金属及氧化物表面分子吸附体系的扫描隧道显微术研究

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