Ruthenium-Terpyridine auf Goldoberflächen und Goldnanopartikeln für Anwendungen in der Nanoelektronik

  • Ruthenium Terpyridines on Gold Surfaces and Gold Nanoparticles for Applications in Nano-Electronics

Peter, Sophia Katharina; Simon, Ulrich (Thesis advisor); Oppel, Iris Marga (Thesis advisor)

Aachen (2020)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Kurzfassung

Ruthenium-Terpyridine (Ru-TP) sind aufgrund ihrer linearen Struktur und ihrer hohen Stabilität vielfältig untersuchte Komplexe. Ihre Anwendung in nanoelektronischen Bauteilen birgt ein enormes Potential, da sie aufgrund des delokalisierten Elektronensystems leitfähig sind und gleichermaßen eine Schaltbarkeit über das redoxaktive Ruthenium-Zentrum ermöglichen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher verschiedene Möglichkeiten untersucht, um Goldoberflächen und Goldnanopartikeln (AuNP) mit Terpyridinen (TP) und Ru-TP zu funktionalisieren. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die Synthese und Charakterisierung der TP Liganden und Ru-TP Komplexe besprochen. Dabei konnte die pH-abhängige Konfiguration der TP-Liganden gezeigt werden. Die Synthese und Charakterisierung von zwei neuen Ru-TP Komplexen konnte über NMR, UV/Vis, IR und Raman Spektroskopie, sowie Massenspektrometrie nachgewiesen werden. Durch Anregung des Metall-Ligand Charge Transfer (MLCT) Übergangs der Ru-TP Komplexe konnten resonante Raman-Spektren aufgenommen werden. Im zweiten Teil wurden Ru-TP Drähte schrittweise auf Goldoberflächen aufgebaut. Ihr Aufbau wurde mit oberflächenspektroskopischen Methoden verfolgt (Infrared reflection absorption spectrocopy und surface enhanced Raman spectroscopy) und durch winkel- und wellenlängen abhängige Ellipsometrie (variable angle spectroscopic ellipsometry) überprüft. Zur Unterstützung dienten dabei DFT Rechnungen und Festkörperspektren von Modellsubstanzen. Durch Vergleich der Spektren konnte unter Berücksichtigung der Einheitsvektoren der Übergangsdipolmomente die Orientierung der Moleküle auf der Oberfläche berechnet werden. Dadurch konnten die Moleküllängen für die Anwendung in nanoelektronischen Bauteilen erschlossen deren Eignung für die Nanoelektronik getestet werden. Im dritten Teil dieser Arbeit wurden Synthesebedingungen gefunden, um etwa 15 nm AuNP mit TP-Liganden und Ru-TP-Liganden herzustellen. Die TP AuNP- und Ru-TP AuNP Hybridsysteme wurden mithilfe von UV/Vis , DLS , sowie Raman Spektroskopie bei verschiedenen Anregungswellenlängen untersucht. Zudem wurden TEM bei hohen Vergrößerungen aufgenommen, um Abstände zwischen den AuNP auszumessen. Die DLS und TEM Daten weisen auf eine Vergrößerung der Ligandenschicht mit steigender Anzahl an TP-Gruppen hin, während die UV/Vis-Daten aufgrund von Lösungsmitteleffekten nicht eindeutig sind. Neben isotropen AuNP wurden Janus-AuNP mit TP und Ru TP Liganden hergestellt. Der Janus-Charakter konnten über den Vergleich der Raman Spektren bei zwei Anregungswellenlängen nachgewiesen werden. Die Verteilung von TP und Ru TP auf den Janus-AuNP konnte mithilfe von ICP-MS (induced coupled plasma mass spectrometry) bestimmt werden und die Belegungsdichte, sowie der Footprint berechnet werden. Die elektrischen Eigenschaften von isotropen TP und Ru TP AuNP konnten bereits untersucht werden.

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