A partially incoherent rate theory of long-range charge transfer in deoxyribose nucleic acid

A quantum chemistry based Green's function formulation of long-range charge transfer in deoxyribose nucleic acid (DNA) double helix is proposed. The theory takes into account the effects of DNA's electronic structure and its incoherent interaction with aqueous surroundings. In the implementation, the electronic tight-binding parameters for unsolvated DNA molecules are determined at the HF/6-31G* level, while those for individual nucleobase-water couplings are at a semiempirical level by fitting with experimental redox potentials. Numerical results include that: (i) the oxidative charge initially at the donor guanine site does hop sequentially over all guanine sites; however, the revealed rates can be of a much weaker distance dependence than that described by the ordinary Ohm's law; (ii) the aqueous surroundings-induced partial incoherences in thymine/adenine bridge bases lead them to deviate substantially from the superexchange regime; (iii) the time scale of the partially incoherent hole transport through the thymine/adenine pi stack in DNA is about 5 ps. (C) 2002 American Institute of Physics.

苯乙炔类分子导线的合成、组装及电子传输性能

分子导线作为未来分子电子器件的重要组成部分，其合成，组装及电子传输性能研究是当今化学、物理、生物和微电子工程等领域里一个非常热门的研究课题。本论文在齐聚苯乙炔及齐聚苯乙炔一唾吩乙炔分子导线的合成、组装及电子传输性能研究方面进行了一些工作，主要成果有以下几个方面：一、官能化短链分子导线的合成与表征比较系统地合成不同端基，不同分子长度和不同主链结构的乙酞琉基官能化的齐聚苯乙炔类分子导线，以便比较系统地研究各种因素对这类分子导线的自组装及电子传输性能的影响。对所有合成的官能化分子导线进行了红外光谱、核磁共振氢谱和质谱表征以确定其结构。二、长链分子导线的合成与表征用溶液和固定相快速合成方法合成了一系列苯乙炔齐聚物及苯乙炔一（蜜份乙炔交替共聚齐聚物：1）采用简便的路线，用溶液和固定相方法快速合成出十二烷氧基取代的苯乙炔齐聚物，最一长达到了八聚体。（2）采用一条最简便的路线，用固定相方法快速合成了异丙基取代的苯乙炔齐聚物，最长达到了八聚体。（3）用溶液和固定相方法首次合成了苯乙炔一唾吩乙炔交替共聚齐聚物。（4）用一种新颖的“现场去保护／偶联”二倍速方案快速合成出十二烷氧基取代的苯乙炔齐聚物，最长达到了八聚体。该方案最大的优点在于无需分离出对空气敏感的芳香端炔化合物，从而简化了实验操作以及提高了产物的纯度。对所有合成的齐聚物进行了红外光谱、核磁共振氢谱、核磁共振碳谱和激光质谱表征以确定其结构。三、官能化分子导线的组装及电子传输性能研究（l）用STM和CP-AFM研究了合成的官能化分子导线在金基底的自组装行为，发现形成的自组装单层缺陷很少，而且自组装单层非常均一。（2）用电化学和导电原子力显微镜技术研究了上述官能化齐聚苯乙炔分子导线的电子传输性能，发现界面接触和分子长度对分子导线的电子传导能力有很大的影响，而链结构的影响则相对要小些。此外，我们还发现齐聚苯乙炔体系的电子传输衰减系数β值仅为0.19A-1，说明它是一类性能优异的分子导线侯选物。（3）通过量子化学计算，我们对实验结果进行了初步解释。

Rapid solution and solid phase synthesis of monodisperse oligo[(1,4-phenyleneethynylene)-alt-(2,5-thiopheneethynylene)]s

Monodisperse oligo[(1,4-phenyleneethynylene)-alt-(2,5-thiopheneethynylene)]s, new candidates for molecular wires, were rapidly synthesized via an iterative divergent/convergent doubling strategy in solution as well as on Merrifield's resin.

Synthesis and characterization of ferrocene-terminated ruthenium phenylacetylide complexes with alligator clips

Ferrocene-terminated trans/Ru(dppm)(2) (dppm=Ph2PCH2PPh2)-contained molecular wires with alligator clips were prepared. They are suitable for self-assembly on gold electrode to investigate the influence of metal incorporation on the electron transportation property of the molecular wires.

A one-pot procedure to prepare S-protected 4-iodothiophenols

By means of non-aqueous reduction of pipsyl chloride followed by treatment with K2CO3 and then reacting with acetyl chloride or benzyl chloride, S-acetyl/benzyl -4-iodothiophenols were obtained in a one-pot procedure with yield as high as 90%. These S-protected arenethiols are very important intermediates to synthesize self-assembled molecular wires.

Electrochemical sensor for catechol and dopamine based on a catalytic molecularly imprinted polymer-conducting polymer hybrid recognition element

One of the difficulties with using molecularly imprinted polymers (MIPs) and other electrically insulating materials as the recognition element in electrochemical sensors is the lack of a direct path for the conduction of electrons from the active sites to the electrode. We have sought to address this problem through the preparation and characterization of novel hybrid materials combining a catalytic MIP, capable of oxidizing the template, catechol, with an electrically conducting polymer. In this way a network of "molecular wires" assists in the conduction of electrons from the active sites within the MIP to the electrode surface. This was made possible by the design of a new monomer that combines orthogonal polymerizable functionality; comprising an aniline group and a methacrylamide. Conducting films were prepared on the surface of electrodes (Au on glass) by electropolymerization of the aniline moiety. A layer of MIP was photochemically grafted over the polyaniline, via N,N'-diethyldithiocarbamic acid benzyl ester (iniferter) activation of the methacrylamide groups. Detection of catechol by the hybrid-MIP sensor was found to be specific, and catechol oxidation was detected by cyclic voltammetry at the optimized operating conditions: potential range -0.6 V to +0.8 V (vs Ag/AgCl), scan rate 50 mV/s, PBS pH 7.4. The calibration curve for catechol was found to be linear to 144 µM, with a limit of detection of 228 nM. Catechol and dopamine were detected by the sensor, whereas analogues and potentially interfering compounds, including phenol, resorcinol, hydroquinone, serotonin, and ascorbic acid, had minimal effect (=3%) on the detection of either analyte. Nonimprinted hybrid electrodes and bare gold electrodes failed to give any response to catechol at concentrations below 0.5 mM. Finally, the catalytic properties of the sensor were characterized by chronoamperometry and were found to be consistent with Michaelis-Menten kinetics. © 2009 American Chemical Society.

Preparation and applications of periodical gold nanoparticle arrays

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Anwendungen von periodischen Goldnanopartikel-Arrays (PPAs), die mit Hilfe von Nanosphären-Lithografie hergestellt wurden. In Abhängigkeit der verwendeten Nanosphären-Größe wurden dabei entweder kleine dreieckige Nanopartikel (NP) (bei Verwendung von Nanosphären mit einem Durchmesser von 330 nm) oder große dreieckige NPD sowie leicht gestreckte NP (bei Verwendung von Nanosphären mit einem Durchmesser von 1390 nm) hergestellt. Die Charakterisierung der PPAs erfolgte mit Hilfe von Rasterkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und optischer Spektroskopie. Die kleinen NP besitzen ein Achsverhältnis (AV) von 2,47 (Kantenlänge des NPs: (74+/-6) nm, Höhe: (30+/-4) nm. Die großen dreieckigen NP haben ein AV von 3 (Kantenlänge des NPs:(465+/-27) nm, Höhe: (1530+/-10) nm) und die leicht gestreckten NP (die aufgrund der Ausbildung von Doppelschichten ebenfalls auf der gleichen Probe erzeugt wurden) haben eine Länge von (364+/-16)nm, eine Breite von (150+/-20) nm und eine Höhe von (150+/-10)nm. Die optischen Eigenschaften dieser NP werden durch lokalisierte Oberflächenplasmon-Polariton Resonanzen (LPPRs) dominiert, d.h. von einem eingestrahlten elektromagnetischen Feld angeregte kollektive Schwingungen der Leitungsbandelektronen. In dieser Arbeit wurden drei signifikante Herausforderungen für Plasmonik-Anwendungen bearbeitet, welche die einzigartigen optischen Eigenschaften dieser NP ausnutzen. Erstens wurden Ergebnisse der selektiven und präzisen Größenmanipulation und damit einer Kontrolle der interpartikulären Abstände von den dreieckigen Goldnanopartikel mit Hilfe von ns-gepulstem Laserlicht präsentiert. Die verwendete Methode basiert hierbei auf der Größen- und Formabhängigkeit der LPPRs der NP. Zweitens wurde die sensorischen Fähigkeiten von Gold-NP ausgenutzt, um die Bildung von molekularen Drähten auf den PPAs durch schrittweise Zugabe von unterschiedlichen molekularen Spezies zu untersuchen. Hierbei wurde die Verschiebung der LSPPR in den optischen Spektren dazu ausgenutzt, die Bildung der Nanodrähte zu überwachen. Drittens wurden Experimente vorgestellt, die sich die lokale Feldverstärkung von NP zu nutze machen, um eine hochgeordnete Nanostrukturierung von Oberflächen mittels fs-gepulstem Laserlicht zu bewerkstelligen. Dabei zeigt sich, dass neben der verwendeten Fluenz die Polarisationsrichtung des eingestrahlten Laserlichts in Bezug zu der NP-Orientierung sowie die Größe der NP äußerst wichtige Parameter für die Nanostrukturierung darstellen. So konnten z.B. Nanolöcher erzeugt werden, die bei höheren Fluenzen zu Nanogräben und Nanokanälen zusammen wuchsen. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die in dieser Arbeit gewonnen Ergebnisse von enormer Wichtigkeit für weitere Anwendungen sind.

Diazafluoren-9-yliden als Bindungsmotiv für Metallfragmente in kreuzkonjugierten π-Systemen

In der vorliegenden Dissertation wurden kreuzkonjugierte organische Verbindungen basierend auf Diazafluorenmethyliden- sowie Dipyridylmethyliden-Bausteinen synthetisiert, die zum einen photoredoxaktive Metallfragmente komplexieren können und zum anderen erweiterte π-konjugierte Pfade auf der Grundlage von Alkineinheiten ermöglichen. Das kreuzkonjugierte Motiv wurde über die Kupplung von Alkineinheiten an halogenierte Methyliden-Einheiten, den so genannten Dibromolefinen, zugänglich gemacht. Zur Synthese von Dibromolefinen wurden verschiedene Methoden untersucht. Literaturbekannte Methoden wie die Wittig-Reaktion und ihre Modifikationen sowie die Corey-Fuchs-Reaktion konnten für die Diazafluoreneinheit nicht erfolgreich angewendet werden. Bei einer mikrowellenunterstützten Reaktion konnte sowohl ausgehend von Diazafluoren-9-on als auch von Di-2-pyridylketon eine Dibromolefinierung (55 % und 65 %) erreicht werden. Die Eignung der Mikrowellenstrahlung für Dibromolefinierungsreaktionen nach Corey und Fuchs wurde weiterhin an verschiedenen Aldehyden und Ketonen untersucht. In den meisten Fällen konnten gute bis sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Durch die erfolgreiche Synthese von Dibromolefinen über Mikrowellensynthese wurde die Realisierung von diversen π-konjugierten Systemen möglich. Dies erfolgte exemplarisch durch die Kupplung der Alkine 5-Ethinyl-2,2’-bipyridin, 1-(Ferrocenylethinyl)-4-(ethinyl)benzol, Tri(tolyl)propin sowie der TIPS- und TMS-Acetylene. Neben der Vielfalt an Möglichkeiten zur Funktionalisierung von Dipyridyl- und Diazafluorenbausteinen zeigte sich zudem, dass sogar räumlich anspruchsvolle Verbindungen wie die geminale angeordneten voluminösen Tri(tolyl)propinyl-Substituenten an der Doppelbindung erfolgreich synthetisiert werden können. Die Koordinationseigenschaften der neu synthetisierten Verbindungen konnten durch Umsetzungen der Diazafluoren- und Dipyridylverbindungen mit PdCl2 und [RuCl2(bpy)2] erfolgreich gezeigt werden. Im Hinblick auf die Herstellung von Funktionsmaterialien eignen sich die Endiin-Strukturmotive aufgrund von diversen Variationsmöglichkeiten wie Koordination von Übergangsmetallen sowie Funktionalisierung der Peripherie gut. Dadurch können die elektronischen Eigenschaften wie die Absorption oder elektrochemische Potentiale der Verbindungen modifiziert werden. Die UV/Vis-Spektren der neu synthetisierten Verbindungen zeigen, dass Absorptionen in längerwelligen Bereichen durch Verlängerung des Konjugationspfades gesteuert werden können. Zudem lassen sich weitere photophysikalische Eigenschaften wie MC-, LC-, LMCT- oder MLCT-Übergänge durch Koordination von Metallen generieren. Die elektrochemischen Potentiale der Dipyridyl- und Diazafluorenbausteine konnten durch Anbindung von verschiedenen Substituenten beeinflusst werden. Es zeigte sich, dass sich die Reduktionswellen im Vergleich zu denen der Ketone zu niedrigeren Potentialen verschieben, wenn Alkine an die Dipyridylmethyliden- und Diazafluorenmethyliden-Bausteine geknüpft wurden. Zudem konnte beobachtet werden, dass die Signale nicht immer reversibel sind. Insbesondere die Dipyridylverbindungen zeichneten sich durch irreversible Reduktionswellen aus. Die Realisierung von π-konjugierten Systemen gelang auch mit cyclischen kohlenstoffbasierten Verbindungen. Über das separat synthetisierte 2,2’-Diethinyltolan konnte eine cyclische Verbindung, ein dehydroannulen-radialenisches System, erfolgreich hergestellt werden. Die Koordination von redoxaktiven Metallzentren wie [Ru(bpy)2] konnte für diese Verbindung ebenfalls erfolgreich gezeigt werden. Die elektronische Wechselwirkung zwischen dem Metallzentrum und dem dehydroannulenischen System könnte sowohl über theoretische Methoden (zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie) als auch experimentell wie z. B. über transiente Absorptionsspektroskopie untersucht werden. Diese zukünftig durchzuführenden Untersuchungen können Aufschluss über die Ladungstransferraten und -dauer geben. Im Hinblick auf die Realisierung von Modellverbindungen für molekulare Drähte wurden lineare Systeme basierend auf der Diazafluoreneinheit synthetisiert. Zur Synthese von derartigen Systemen war es zunächst notwendig, die Dibromolefine unsymmetrisch zu alkinylieren. Die unsymmetrische Substitution gestaltete sich als Herausforderung, da eine Einfachkupplung mit einem Acetylen nicht möglich war. In den meisten Fällen wurden zweifach substituierte Spezies mit den identischen Alkinen erhalten. Die besten Ausbeuten konnten durch die konsekutive Zugabe von TIPS-Acetylen und darauffolgend TMS-Acetylen in die Reaktionsmischung erhalten werden. Offenbar spielt der räumliche Anspruch des Erstsubstituenten in diesem Zusammenhang eine Rolle. Die selektive Entschützung der unterschiedlich silylierten Verbindungen erfolgte mit K2CO3 in MeOH/THF (1:1). Die oxidative Homokupplungsreaktion erfolgte ohne Isolierung der entschützten Spezies, da diese instabil ist und zur Polymerisation neigt. Aufgrund der Instabilität der entschützten Spezies sowie möglichen Nebenreaktionen waren die Ausbeuten sowohl bei der TIPS-geschützten Verbindung als auch bei der TTP-geschützten Verbindung gering. Versuche, lineare Systeme von dipyridylbasierten Verbindungen zu erhalten, schlugen fehl. Die π-konjugierten Systeme lassen aufgrund der effektiven Überlappung der beteiligten π-Orbitale hohe Ladungsträgermobilitäten vermuten. Die im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen könnten mit Schwefelverbindungen die Anbindung an Elektroden zulassen, worüber die Leitfähigkeiten der Verbindungen gemessen werden könnten.

Redox-active polymers based on nonbridged metal−metal bonds. Electrochemical formation of [Os(bpy)(CO)(L)]n(bpy = 2,2‘-bipyridine; L = CO, MeCN) and of their reduced forms: a spectroelectrochemical study

IR, UV-vis, and EPR spectroelectrochemistry at variable temperatures and in different solvents were applied to investigate in situ the formation of electroactive molecular chains with a nonbridged Os-Os backbone, in particular, the polymer [Os-0(bpy)(CO)(2)](n), (bpy = 2,2'-bipyridine), from a mononuclear Os(II) carbonyl precursor, [Os-II(bpy)(CO)(2)Cl-2]. The one-electron-reduced form, [Os-II(bpy(.-))(CO)(2)Cl-2](-), has been characterized spectroscopically at low temperatures. This radical anion is the key intermediate in the electrochemical propagation process responsible for the metal-metal bond formation. Unambiguous spectroscopic evidence has been gained also for the formation of [{Os-0(bpy(.-))(CO)(2)}(-)](n), the electron-rich electrocatalyst of CO2 reduction. The polymer species are fairly well soluble in butyronitrile, which is important for their potential utilization in nanoscience, for example, as conducting molecular wires. We have also shown that complete solubility is accomplished for the monocarbonyl-acetonitrile derivative of the polymer, [Os-0(bpy)(CO)(MeCN)(2)Cl](n).

Evaluating the performance of polypyrrole nanowires on the electrochemical sensing of ammonia in solution

This work encompasses the direct electrodeposition of polypyrrole nanowires onto Au substrates using different electrochemical techniques: normal pulse voltammetry (NPV) and constant potential method with the aim in applying these films for the first time in ammonia sensing in solution. The performance of these nanowire-based sensors are compared and evaluated in terms of: film morphology (analyzed with scanning electron microscopy); their sensitivity towards ammonia; electrochemical and contact angle measurements. For nanowires prepared by NPV, the sensitivity towards ammonia increases with increasing amount of electrodeposited polypyrrole, as expected due to the role of polypyrrole as electrochemical transducer for ammonia oxidation. On the other hand, nanowires prepared potentiostatically displayed an unexpected opposite behavior, attributed to the lower conductivity of longer polypyrrole nanowires obtained through this technique. These results evidenced that the analytical and physico-chemical features of nanostructured sensors can differ greatly from those of their conventional bulky analogous. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

On-surface chemical reactions on an insulating substrate

Diese Arbeit beschreibt zum ersten Mal die kovalente Verknüpfung organischer Moleküle auf einer Isolatoroberfläche, motiviert im Hinblick auf die Nutzung der Synthesemethode für die molekulare Elektronik und verwandte Anwendungen. Durch die Verwendung der Nichtkontakt-Rasterkraftmikroskopie und der Kelvinprobe-Mikroskopie bei Raumtemperatur wurden grundlegende molekulare Prozesse der Wechselwirkungen zwischen Molekülen und der Calcit(10.4) Oberfläche sowie die chemische Reaktivität der Moleküle auf der Oberfläche analysiert. Das Zusammenspiel zwischen intermolekularen und Molekül-Oberfläche Wechselwirkungen zeigt sich für Biphenyl-4,4'-dicarbonsäure (BPDCA) durch die Koexistenz zweier unterschiedlicher molekularer Strukturen, die einen Einblick in die treibenden Kräfte der molekularen Selbstorganisation bieten. Die sehr ausgeprägte Reihenstruktur basiert auf der optimalen geometrischen Struktur der BPDCA Moleküle zu den Abmessungen des Substrats, während die zweite Struktur durch Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen gekennzeichnet ist. Der Deprotonierungsvorgang von 2,5-Dihydroxybenzoesäure (DHBA)-Molekülen auf Calcit wird bei Zimmertemperatur gezeigt. Zwei Phasen werden beobachtet, die nach Aufbringen der Moleküle koexistieren. Mit der Zeit geht eine bulk-ähnliche Phase in eine stabile, dicht gepackte Phase über. Der Übergang wird durch Betrachtung des Protonierungszustands der Moleküle erklärt. Die bulk-ähnliche Phase benötigt Wasserstoffbrückbindungen zur Strukturbildung. Werden die Moleküle deprotoniert, so wird die resultierende dicht gepackte Phase durch die elektrostatische Wechselwirkung der deprotonierten Carboxylatgruppen mit den Oberflächen-Calciumkationen stabilisiert. 4-Iodbenzoesäure (IBA)-Moleküle bilden auf Calcit nur Inseln an Stufenkanten, was auf die schwache Molekül-Oberflächen-Wechselwirkung zurückzuführen ist. Für einen stärkeren Einfluss des Substrats durchlaufen die Moleküle einen kontrollierten Übergangsschritt vom protonierten zum deprotonierten Zustand. Im deprotonierten Zustand nehmen die Moleküle eine wohldefinierte Adsorptionsposition auf dem Substrat ein. Die deprotonierte Säuregruppe wird ausgenutzt, um die Desorption der halogensubstituierten Benzoesäure-Moleküle bei der thermischer Aktivierung für die Vernetzungsreaktion zu vermeiden. Darüber hinaus wird die Carboxylatgruppe als starker Elektronendonor verwendet um die Phenyl-Halogen-Bindung zu schwächen und somit die homolytische Spaltung dieser Bindung auch bei moderaten Temperaturen zu ermöglichen. Diesem Konzept folgend ist die erste erfolgreiche kovalente Verknüpfung von 2,5-Diiod-benzoesäure, 2,5-Dichlorbenzoesäure, 3,5-Diiod Salicylsäure und 4-Iod-benzoesäure zu durchkonjugierten molekularen Drähten, Zick-Zack-Strukturen sowie Dimere gezeigt durch Ausnutzen von unterschiedlichen Substitutionsposition sowie Ändern der Anzahl der substituierten Halogenatome. Aufbauend auf diesem Erfolg, wird eine zweistufige Vernetzungsreaktion vorgestellt. Zum Induzieren der ortsspezifischen und sequentiellen kovalenten Verknüpfung wird ein Ausgangsmolekül gewählt, das sowohl eine Bromphenyl als auch eine Chlorphenyl Gruppe mit unterschiedlichen Dissoziationsenergien für die homolytische Spaltung besitzt. Die Reaktionsstellen und sequentielle Reihenfolge für die Reaktion sind somit in der molekularen Struktur einkodiert und bisher unerreichte Reaktionspfade können mithilfe der kovalente Verknüpfung organischer Moleküle auf einer Isolatoroberfläche beschritten werden.

Single-Molecule Conductance of Functionalized Oligoynes: Length Dependence and Junction Evolution

We report a combined experimental and theoretical investigation of the length dependence and anchor group dependence of the electrical conductance of a series of oligoyne molecular wires in single-molecule junctions with gold contacts. Experimentally, we focus on the synthesis and properties of diaryloligoynes with n = 1, 2, and 4 triple bonds and the anchor dihydrobenzo[b]thiophene (BT). For comparison, we also explored the aurophilic anchor group cyano (CN), amino (NH2), thiol (SH), and 4-pyridyl (PY). Scanning tunneling microscopy break junction (STM-BJ) and mechanically controllable break junction (MCBJ) techniques are employed to investigate single-molecule conductance characteristics. The BT moiety is superior as compared to traditional anchoring groups investigated so far. BT-terminated oligoynes display a 100% probability of junction formation and possess conductance values which are the highest of the oligoynes studied and, moreover, are higher than other conjugated molecular wires of similar length. Density functional theory (DFT)-based calculations are reported for oligoynes with n = 1−4 triple bonds. Complete conductance traces and conductance distributions are computed for each family of molecules. The sliding of the anchor groups leads to oscillations in both the electrical conductance and the binding energies of the studied molecular wires. In agreement with experimental results, BT-terminated oligoynes are predicted to have a high electrical conductance. The experimental attenuation constants βH range between 1.7 nm−1 (CN) and 3.2 nm−1 (SH) and show the following trend: βH(CN) < βH(NH2) < βH(BT) < βH(PY) ≈ βH(SH). DFT-based calculations yield lower values, which range between 0.4 nm−1 (CN) and 2.2 nm−1 (PY).

Oligo(aryleneethynylene)s with Terminal Pyridyl Groups: Synthesis and Length Dependence of the Tunneling-to-Hopping Transition of Single-Molecule Conductances

The synthesis is reported of a new series of oligo(aryleneethynylene) (OAE) derivatives of up to ca. 6 nm in molecular length (OAE9) using iterative Pd-mediated Sonogashira cross-coupling methodology. The oligo-p-phenyleneethynylene cores of the molecular wires are functionalized at both termini with pyridyl units for attachment to gold leads. The molecular structures determined by single-crystal X-ray analysis are reported for OAE4, OAE5, OAE7, and OAE8a. The charge transport characteristics of derivatives OAE3–OAE9 in single-molecular junctions have been studied using the mechanically controlled break junction technique. The data demonstrate that the junction conductance decreases with increasing molecular length. A transition from coherent transport via tunneling to a hopping mechanism is found for OAE wires longer than ca. 3 nm.

Junções moleculares e agregados de nanobastões de ouro: um estudo SERS

A Espectroscopia Raman Intensificada pela Superfície (SERS) é um efeito de intensificação da intensidade Raman de uma molécula adsorvida numa superfície metálica nanoestruturada. Esta característica permite a utilização do SERS na caracterização vibracional de sistemas como junções moleculares (JM) (JM são sistemas constituídos de fios moleculares sintetizados em junções do tipo metal|fiomolecular|metal) e, no entendimento de quais características morfológicas de agregados metálicos mais influenciariam no sinal SERS obtido. Portanto, esta tese apresenta os seguintes objetivos: (a) síntese e caracterização de substratos SERS ativos, nanoesferas (AuNE) e nanobastões (AuNB) de ouro e eletrodo de ouro ativado eletroquimicamente; (b) síntese e caracterização SERS de fios moleculares em JM; (c) estudo do acoplamento plasmônico entre as superfícies metálicas em JM; (d) correlação entre SERS - morfologia de agregados individuais de AuNB. Os fios moleculares estudados foram os da família das oligofeniliminas (OPI) e, no melhor do nosso entendimento, esta foi a primeira vez que fios moleculares desta família foram caracterizados por Raman e SERS. As JM apresentaram um comportamento SERS não esperado. Enquanto para o modo vibracional, v(CS), a intensidade da banda se apresentou constante com o aumento do espaçamento entre as nanoestruturas metálicas (para distâncias de até 5 nm), o modo vibracional, β(CH), teve a intensidade de sua banda aumentada. Este comportamento foi explicado considerando a diferente natureza da interação dos plasmons nas JM, sendo estas interações do tipo, ressonância de plasmon de superfície (LSPR) - dipolo imagem, para ambos os modos. No entanto, para o modo β(CH) existe também uma intensificação extra devido ao aumento da polarizabilidade dos fios moleculares com o aumento do número de unidades. A correlação SERS - morfologia dos agregados de AuNB indicam que, para agregados onde predominam interações ponta a ponta, os espectros SERS apresentavam uma maior intensidade quando comparados com aqueles em que interações lado a lado predominavam. No entanto, este comportamento não foi observado para agregados contendo mais do que cinco nanopartículas onde estes dois tipos de interações ocorrem indicando que deve existir um acoplamento dos plasmons destes dois tipos de interações contribuindo para maiores valores de intensidade SERS.

Nanoscale Heterostructures with Molecular-Scale Single-Crystal Metal Wires

Creating nanoscale heterostructures with molecular-scale (<2 nm) metal wires is critical for many applications and remains a challenge. Here, we report the first time synthesis of nanoscale heterostructures with single-crystal molecular-scale Au nanowires attached to different nanostructure substrates. Our method involves the formation of Au nanoparticle seeds by the reduction of rocksalt AuCl nanocubes heterogeneously nucleated on the Substrates and subsequent nanowire growth by oriented attachment of Au nanoparticles from the Solution phase. Nanoscale heterostructures fabricated by such site-specific nucleation and growth are attractive for many applications including nanoelectronic device wiring, catalysis, and sensing.