Scanning tunneling microscopy studies of Alkyl Thiols on real surfaces

Abstract

The development of new materials has been the focus of the attention of researchers over the last decades. With the arrival of the new century, nanotechnology has played an important role in the creation or reinvention of materials. An extended part of this new way to look at science is the study of surfaces. Reaction at surfaces has been study extensively and had been employed in the industry as catalysts, fabrication of sensors, data storage, electronic devices and the study of pollution and corrosion behavior. A facile method to obtain a well define surface is the utilization of self assembled monolayers (SAMs) using thiol molecules deposited on a surface. These molecules are capable of self arrange over a surface forming well define lines. The following study presents the creation of 1-Decanethiol (C10H22SH) surfaces on three different substrates: (i) Stainless Steel, (ii) Highly Oriented Pyrolitic Graphite, (iii) and Silver. Characterization of each surface was performed using Scanning Tunneling Microscopy (STM) before and after exposure with 1-Decanethiol solution, which is adsorbed from water by the substrate. Molecular resolution with the STM is achieved upon adsorption of the thiol molecule on the substrate surface. The easyScan nanosurf version 2 software allows measurement of molecule length that is consistent with 1-Decanethiol molecular length computer calculated with Gaussian View 03W. STM images of the topography of each surface demonstrate well define lines consistent with formation of S-S linkage across the surface, which emerge from S-H bond activation upon the interaction of the thiol with the surface. Under ambient conditions, used for this study, we found thiol molecules lying parallel on the substrate surface with a “zig-zag” characteristic of alternating methylene groups. The arrangement is nearly independent of the substrate surface employed for the measurements, indicating that the intermolecular interactions are as important as substrate surface-molecule interactions.

Durante las pasadas décadas el desarrollo de nuevos materiales ha sido el foco de atención de investigación científica. Con la llegada del nuevo siglo, la nanotecnología ha jugado un rol sumamente importante en la creación y reinvención de materiales. El estudio de superficies es una parte muy importante de esta nueva perspectiva de crear ciencia. Las reacciones en superficies han sido estudiadas extensivamente y empleadas por las industrias como catalizadores de reacciones, fabricación de sensores, dispositivos de almacenamiento de data, dispositivos electrónicos, estudios de contaminación y estudios del comportamiento de corrosión. Un método fácil de obtener superficies bien definidas y homogéneas es la utilización de monocapa auto ensambladas, con sus siglas en ingles SAMs, usando moléculas de tiol depositadas sobre una superficie. El siguiente estudio presenta la creación de superficies recubiertas de 1-Decanotiol (C10H22SH) en tres sustratos diferentes: (i) Acero Inoxidable, (ii) Grafito Pirrolitico de Alto Ordenamiento, (iii) y Plata. Para caracterizar cada superficie se empleo Microscopia de Rastreo de Tunelaje, o STM por sus siglas en ingles, antes y después de la exposición a la molécula de 1-Decanotiol, la cual es adsorbida por el sustrato de la solución con agua. Se alcanza resolución molecular haciendo uso del STM debido a la adsorción de la molécula de tiol sobre la superficie del sustrato. El software del microscopio, easyScan nanosurf versión 2, permite la medida del largo de la molécula de 1-Decanotiol, sobre la superficie, que es consistente con el largo molecular calculado por el programa de computadora Gaussian View 03W. Las imágenes de STM muestran que las topografías de cada superficie consisten de líneas bien definidas consistentes con la formación de enlace químico S-S a través de toda la superficie, los cuales emergen de la activación del enlace S-H por la interacción con la superficie. Bajo condiciones ambiente, utilizadas para este estudio, se encontró que las moléculas de tiol están alineadas paralelamente a la superficie del sustrato tomando forma de “zig-zag” característico de grupos metilenos alternados. Este arreglo molecular es independiente de la superficie del sustrato empleado para las medidas, indicando que las interacciones moleculares son tan importantes como las interacciones superficie-molécula.