dc.contributor.author
Traulsen, Christoph Hans-Henning
dc.date.accessioned
2018-06-07T18:38:24Z
dc.date.available
2014-05-13T07:24:54.263Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/5262
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-9461
dc.description
1\. Einleitung 1 2\. Motivation und Zielsetzung 5 3\. Supramolekulare Chemie 7
3.1 Nicht-kovalente Wechselwirkungen 7 3.2 Selbstassemblierung 9 3.3 Wirt-
Gast-Chemie 10 3.4 Mechanisch verriegelte Supramoleküle 13 3.5 Molekulare
Maschinen 15 4\. Koordinationschemie 21 5\. Metallische Nanopartikel 25 5.1
Stabilisierung von Nanopartikeln 26 5.2 Nukleation und Wachstum 27 5.3
Synthese von Goldnanopartikeln nach Brust und Schiffrin 28 6\. Physikalische
und chemische Prozesse an Grenzflächen 33 6.1 Langmuire-Blodgett-Filme 34 6.2
Selbstorganisierte Monoschichten 34 6.2.1 Selbstorganisierte Monoschichten auf
Gold 38 6.2.2 Selbstorganisierte Monoschichten auf Silizium 40 6.3 Funktionale
Moleküle und Supramoleküle auf Oberflächen 42 6.4 Schicht-auf-Schicht-
Selbstorganisation von Multischichten 45 6.4.1 Elektrostatisch verbundene
Multischichten 46 6.4.2 Kovalent verbundene Multischichten 47 6.4.3
Wasserstoffverbrückte Multischichten 48 6.4.4 Koordinativ verbundene
Multischichten 49 6.4.5 Nanopartikel-(Komposit-)Multischichten 53 6.5
Multischichten aus Molekülen und Supramolekülen mit Funktion 56 7\.
Charakterisierung von nanoskopischen Materialien 59 7.1 Charakterisierung
ultradünner Schichten auf Oberflächen 59 7.1.1 Kontaktwinkel-Messung 60 7.1.2
Transmissions-UV/Vis-Spektroskopie 62 7.1.3
Röntgenphotoelektronenspektroskopie 65 7.1.4 Kantennahe
Röntgenabsorptionsfeinstrukturspektroskopie 69 7.1.5 Flugzeit-Sekundärionen-
Massenspektrometrie 75 7.1.6 Rasterkraftmikroskopie 78 7.2 Charakterisierung
von Nanopartikeln 81 7.2.1 Elektronenmikroskopie 81 7.2.2 Dynamische
Lichtstreuung 83 8\. Veröffentlichte Arbeiten 87 8.1 Successive coordination
of palladium(II)-ions and terpyridine-ligands to a pyridylterminated self-
assembled monolayer on gold 87 8.1.1 Zusammenfassung der Veröffentlichung 87
8.1.2 Beiträge zu der Veröffentlichung und den darin vorgestellten Arbeiten 89
8.2 Intermixed Terpyridine-Functionalized Monolayers on Gold: Nonlinear
Relationship between Terpyridyl Density and Metal Ion Coordination Properties
90 8.2.1 Zusammenfassung der Veröffentlichung 90 8.2.2 Beiträge zu der
Veröffentlichung und den darin vorgestellten Arbeiten 92 8.3 Deposition of
Ordered Layers of Tetralactam Macrocylces and Ether Rotaxanes on Pyridine-
Terminated Self-Assembled Monolayers on Gold 93 8.3.1 Zusammenfassung der
Veröffentlichung 93 8.3.2 Beiträge zu der Veröffentlichung und den darin
vorgestellten Arbeiten 95 8.4 Programmable multilayers of nanometer-sized
macrocycles on solid support and stimuli-controlled on-surface pseudorotaxane
formation 96 8.4.1 Zusammenfassung der Veröffentlichung 96 8.4.2 Beiträge zu
der Veröffentlichung und den darin vorgestellten Arbeiten 99 8.5 Sequence-
Programmable Multicomponent Multilayers of Nanometer-Sized Tetralactam
Macrocycles on Gold Surfaces 100 8.5.1 Zusammenfassung der Veröffentlichung
100 8.5.2 Beiträge zu der Veröffentlichung und den darin vorgestellten
Arbeiten 102 8.6 Synthesis and Coordinative Layer-by-Layer Deposition of
Pyridine Functionalized Gold Nanoparticles and Tetralactam Macrocycles on
Silicon Substrates 103 8.6.1 Zusammenfassung der Veröffentlichung 103 8.6.2
Beiträge zu der Veröffentlichung und den darin vorgestellten Arbeiten 106 9\.
Zusammenfassung 107 10\. Ausblick .109 11\. Literatur 111 12\. Anhang 121 12.1
Danksagung 121 12.2 Lebenslauf 122 12.3 Publikationen 124 13\. Kopien der
Veröffentlichten Arbeiten 127 13.1 Successive coordination of
palladium(II)-ions and terpyridine-ligands to a pyridylterminated self-
assembled monolayer on gold 127 13.2 Intermixed Terpyridine-Functionalized
Monolayers on Gold: Nonlinear Relationship between Terpyridyl Density and
Metal Ion Coordination Properties 147 13.3 Deposition of Ordered Layers of
Tetralactam Macrocylces and Ether Rotaxanes on Pyridine-Terminated Self-
Assembled Monolayers on Gold 179 13.4 Programmable multilayers of nanometer-
sized macrocycles on solid support and stimuli-controlled on-surface
pseudorotaxane formation 217 13.5 Sequence-Programmable Multicomponent
Multilayers of Nanometer-Sized Tetralactam Macrocycles on Gold Surfaces 253
13.6 Synthesis and Coordinative Layer-by-Layer Deposition of Pyridine
Functionalized Gold Nanoparticles and Tetralactam Macrocycles on Silicon
Substrates 273
dc.description.abstract
Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Herstellung von
programmierbaren, supramolekularen Multischichten und Komposit-Multischichten
auf Gold- und Siliziumoberflächen durch Anwendung eines
koordinationschemischen Schicht-auf-Schicht-Selbstorganisationsverfahrens und
den damit verbundenen Synthesen, Beschichtungen und Analysen. Um dieses Ziel
zu erreichen, wurde zunächst eine Vielzahl von pyridin- und
terpyridinterminierten selbstorganisierten Monoschichten (SAM) hergestellt und
auf Gold- und Siliziumoberflächen abgeschieden. Die Abscheideprozedur wurde
optimiert wobei zur Analytik der Oberflächen
Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), winkelabhängiger kantennaher
Röntgenabsorptionsfeinstrukturspektroskopie (NEXAFS-Spektroskopie), Flugzeit-
Sekundärionen- Massenspektrometrie (ToF-SIMS), Transmissions-UV/Vis-
Spektroskopie sowie Rasterkraftmikroskopie (AFM) eingesetzt wurde. Es konnte
gezeigt werden, dass sich hochgeordnete monomolekulare und gemischte
Monoschichten erzeugen lassen. Die terminalen funktionellen Gruppen dieser
SAMs konnten als Ligand zur Komplexbildung mit Übergangsmetallionen verwendet
werden. Diese koordinative Haftschicht wurde zur Verknüpfung zunächst von
Testliganden und später von terpyridin-terminierten Tetralactam-Makrozyklen
(TLM) und darauf basierenden Etherrotaxanen verwendet. Hierbei wurden
ebenfalls die Beschichtungsbedingungen optimiert, um einen vollständigen
Bedeckungsgrad zu erreichen. Unter Verwendung dieser Bedingungen wurden
anschließend Multischichten aus TLMs und Fe(II)-Ionen sowie alternierend
Fe(II) und Ni(II) abgeschieden. Die Analyse der hergestellten Multischichten
zeigte reproduzierbar ein regelmäßiges, kontrollierbares Wachstum und eine
Vorzugsorientierung. Durch den Einsatz von pyridin- und terpyridin-
terminierten TLMs mit variierenden Metallionen konnte gezeigt werden, dass es
möglich ist, die Abfolge verschiedener Schichten der Multischicht gezielt
festzulegen. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurden pyridin-terminierte
Goldnanopartikel hergestellt und in die Multischichten integriert, um so
Komposit-Multischichten herzustellen. Letztlich konnte gezeigt werden, dass
die erzeugten Multischichten genutzt werden können, um über nicht-kovalente
Wechselwirkungen reversibel Gastmoleküle zu binden und freizusetzten.
de
dc.description.abstract
The present doctoral thesis focuses on the deposition of programmable
supramolecular multilayers and composite-multilayers on gold and silicon
substrates using a layer-by-layer selfassembly approach which is based on
coordination chemistry. For this purpose, a variety of pyridine- and
terpyridine-terminated self-assembled monolayers has been developed and
deposited on gold and silicon substrates. Multitechnique analysis was carried
out using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), (angle-dependent) near-edge
Xray- absorption fine-structure spectroscopy (NEXAFS spectroscopy), time-of-
flight secondaryion mass spectrometry (ToF-SIMS), transmissions UV/Vis
spectroscopy as well as atomic force microscopy (AFM). By optimization of the
deposition procedure, highly-ordered monomolecular and binary monolayers were
deposited. As a proof of principle, transition metal-ions and appropriately
labeled test-ligands were deposited on top of the functional monolayers.
Furthermore, monolayers of terpyridine-terminated tetralactam macrocycles and
the corresponding ether rotaxanes have been immobilized using coordination
chemistry. In order to enhance the macrocycle surface coverage, the deposition
procedure has been optimized as well. Multilayers consisting of diterpyridine-
terminated tetralactam macrocycles have been deposited using either Fe(II) or
alternatingly Fe(II) and Ni(II) metal-ions. The surface analysis proved a
regular layer growth and a remarkable orientation of the macrocycles within
the layer stacks. The applicability of the deposition procedure was expanded
to a programmable layer stack by implementing pyridine-terminated macrocycles.
The monodentate ligands led to an additional coordination sphere and thus to
the application of a different transition metal-ion. The macrocycles and
metal-ions were programmed according to the deposition sequence applied. The
corresponding layer stack exhibited a linear dichroism of the π*-resonance
corresponding to a preferential orientation of the macrocycles. Furthermore,
the concept was extended to the deposition of composite multilayers consisting
of pyridine-functionalized macrocycles and gold-nanoparticles which were
synthesized during this thesis as well. Finally, reversible on-surface host-
guest complex formation was carried out, giving rise to future applications of
the developed layer system.
en
dc.format.extent
XII, 127 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
(metallo-)supramolecular chemistry
dc.subject
surface chemistry
dc.subject
self-assembled monolayer
dc.subject
multilayer, nanoparticle
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie
dc.title
Programmierbare supramolekulare (Komposit-)Multischichten auf Gold- und
Siliziumoberflächen
dc.contributor.inspector
Prof. Dr. Rainer Haag
dc.contributor.inspector
Prof. Dr. Christina Roth
dc.contributor.inspector
Prof. Dr. Biprajit Sarkar
dc.contributor.inspector
Dr. Kai Licha
dc.contributor.inspector
Dr. Wolfgang E. S. Unger
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Christoph A. Schalley
dc.date.accepted
2014-04-30
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000096664-6
dc.title.translated
Programmable supramolecular (Composite-)Multilayer on Gold- and Silicon-
Substrates
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000096664
refubium.note.author
Aus Copyrightgründen sind die Original-Zeitschriftenartikel hier nicht online
veröffentlicht.
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000015189
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access