Self-assembly of molecules under confinement conditions at liquid-solid interface

Promovendus/a: Lihua Yu

Promotor(en): Prof. dr. Steven De Feyter

Tweedimensionale moleculaire zelfassemblage is een veelbelovend onderzoeksgebied dat de niet-covalente binding van moleculaire eenheden op substraten omvat. Er zijn talloze factoren die het assemblagegedrag en de resulterende structuren aanzienlijk beïnvloeden. Een van de dominante thema's binnen dit veld is het onthullen van de rol van grensvlak- en intermoleculaire interacties die optreden tijdens het assemblageproces. Specifiek bieden speciale opsluitingsomstandigheden op het substraatoppervlak een uniek platform voor het bestuderen van moleculaire assemblage binnen een gecontroleerde omgeving.

In dit proefschrift onderzoeken we zowel eenvoudige alkaansystemen als complexe moleculen met twee alkylketens die zijn geadsorbeerd op hooggeoriënteerd pyrolytisch grafiet (HOPG). Ons doel is om de impact te onderzoeken van laterale opsluitingsomstandigheden die door het substraat worden opgelegd op de vorming van zelfgeassembleerde moleculaire netwerken aan het vloeistof/grafiet grensvlak. Scanning tunneling microscopie of rastertunnelmicroscopie (STM) wordt niet alleen gebruikt om de structuur en het dynamische gedrag van deze assemblages in ruimte en tijd te visualiseren, maar ook als een lithografietool om goed gedefinieerde laterale opsluitingsomstandigheden (corrals genoemd) te fabriceren op covalent gemodificeerde grafietsubstraten.

Door de assemblage van moleculen te beperken tot goed afgebakende ruimtes (ook kralen genoemd) en de dynamiek continu te monitoren, observeren we ander moleculair gedrag vergeleken met dat op oneindig zuiver grafiet. Naast de goed gedefinieerde kralen kunnen de "hekken" of besloten ruimtes die zijn gecreëerd door moleculen die via chemisorptie op het grafietoppervlak verankerd zijn ook fungeren als een stabiliserende omgeving voor de moleculaire assemblages. De stabiliteit van assemblagedomeinen en transiënte structuren kan gedetailleerd worden bestudeerd, wat leidt tot een beter begrip van de onderliggende kinetiek en thermodynamica.

Dit proefschrift biedt nieuwe inzichten in de nucleatie, groei en Ostwald-rijping van moleculaire assemblages, en werpt licht op de fundamentele principes die supramoleculaire chemie beheersen.