text size

Towards lateral interactions within self-organized monomolecular layers

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Title:
Towards lateral interactions within self-organized monomolecular layers
Title (in czech):
K laterálním interakcím v samoorganizovaných monomolekulárních vrstvách
Type:
Diploma thesis
Author:
Bc. Jan Staněk
Supervisor:
Mgr. Tomáš Baše
Opponent:
RNDr. Zdeněk Bastl, CSc.
Thesis Id:
178355
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
Study programm:
Chemistry (N1407)
Study branch:
Physical Chemistry (NFYZD)
Degree granted:
Mgr.
Defence date:
06/09/2018
Defence result:
Very good
Language:
English
Keywords (in czech):
samo-organizace, karboran, laterální interakce, monovrstva, povrch, rozhraní, 2D, nanovrstva, bor, zlato
Keywords:
self-assembly, carborane, lateral interaction, monolayer, surface, interface, 2D, nanolayer, boron, gold
Abstract (in czech):
Abstrakt Tato práce se zaměřuje na využití chemických principů pro stabilizaci samouspořádaných monovrstev karboranthiolů na rovném zlatém povrchu. Byly předneseny návrhy využívající tvorbu mezimolekulárních koordinačních komplexů a mezimolekulových dipólových interakcí, byla vypracována odpovídající literární rešerše. Byly provedeny předběžné experimenty, které měly za cíl otestovat možnosti a úskalí chemických reakcích vázaných k monovrstvou modifikovanému povrchu. Tyto experimenty prokázaly, že není možné využít reakční podmínky používané pro běžnou syntézu, jelikož snadno dochází k poškození monovrstvy a k tvorbě nežádoucích produktů. Citlivost monovrstev k reakčním podmínkám a potřeba použití analytických metod citlivých k malým koncentracím chemických látek vázaných k povrchu vedly k přednostnímu sledování tvorby mezimolekulárních koordinačních komplexů v rámci ω-karboxylovaných monovrstev 1-COOH-9-SH-meta-karboranu (M1-COOH), čímž tato práce navazuje na autorovu bakalářskou práci, jež se zabývala vlastnostmi volných karboxylovaných izomerů karboranthiolů. Principy stabilizace monovrstev, které nevycházejí z koordinační chemie jsou pak v krátkosti diskutovány ve snaze ukázat možnosti budoucí práce a k přiblížení širších souvislostí tématu. Jelikož koncentrace molekul vázaných k povrchu ve formě monomolekulární vrstvy je velice malá, například pro M1-COOH je to méně než nanomol na cm2, vyžaduje jejich charakterizace povrchově citlivých metod. Roentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS) byla použita jako metoda vhodná nejen ke kvalitativní analýze povrchu, jak je běžné ve studiích zabývajících se samouspořádanými monovrstvami, ale také k získání kvantitativních informací o vzniku k povrchu vázaných koordinačních komplexů. Některá z relevantních úskalí, jež kvantitativní analýzu monovrstev provází, jsou v této práci diskutována. Pro vyhodnocení předběžných experimentů bylo vedle XPS využito měření dynamických kontaktních úhlů.
Abstract:
Abstract This work aimed at the utilization of chemical principles for stabilization of self-assembled monolayers (SAMs) of carboranethiol derivatives on a flat gold surface. Ideas employing surface confined coordination complex formation and dipole-dipole intermolecular interactions were outlined and the respective literature survey was compiled. Preliminary experiments were carried out to test for their feasibility and surfaces modified with self assembled monolayers proved very sensitive to reaction conditions ordinarily used for bulk synthesis. The chemical sensitivity of the studied surfaces, the necessity of using appropriate surface-sensitive analytical techniques and the depth of the problem initially defined made this task both advanced and challenging. The formation of intermolecular coordination complexes with ω-carboxylated SAMs of meta-carborane-9-thiol was chosen to answer those issues, extending the previous work of the author on carboxylated carboranethiol isomers presented in his bachelor thesis. Concepts different of those based on coordination chemistry are briefly discussed as well, but more as prospects for future work and to present this work in a broader context to which it belongs. Characterization of molecules assembled on a surface in a single layer requires surface sensitive techniques, for the number of molecules per surface area is relatively small. For example a SAM of 1-carboxy-meta-carborane-9-thiol on gold flat surface contains less than a nanomole per cm2. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was used as a convenient method for this study, not only as a tool for qualitative analysis as is common in the literature on SAMs, but also to asses some quantitative information on the formation of surface confined metal complexes. Discussion on some specific difficulties stemming from quantitative XPS analysis of SAMs is provided in this thesis. Dynamic contact angle measurements were used as means of probing the qualitative changes in the preliminary experiments.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Bc. Jan Staněk 4.84 MB
Download Attachment to the thesis Bc. Jan Staněk 107 kB
Download Abstract in czech Bc. Jan Staněk 77 kB
Download Abstract in english Bc. Jan Staněk 77 kB
Download Supervisor's review Mgr. Tomáš Baše 80 kB
Download Opponent's review RNDr. Zdeněk Bastl, CSc. 267 kB
Download Defence's report doc. RNDr. Miroslav Štěpánek, Ph.D. 152 kB
Download Errata Bc. Jan Staněk 4.85 MB