Multipole modes and spin features in the Raman spectrum of nanoscopic quantum rings

We present a systematic study of ground state and spectroscopic properties of many-electron nanoscopic quantum rings. Addition energies at zero magnetic field (B) and electrochemical potentials as a function of B are given for a ring hosting up to 24 electrons. We find discontinuities in the excitation energies of multipole spin and charge density modes, and a coupling between the charge and spin density responses that allow to identify the formation of ferromagnetic ground states in narrow magnetic field regions. These effects can be observed in Raman experiments, and are related to the fractional Aharonov-Bohm oscillations of the energy and of the persistent current in the ring

Production of carbon nanotubes by PECVD and their applications to supercapacitors

Màster en Nanociència i Nanotecnologia

Characterization of CNTs and CNTs/MnO2 composite for supercapacitor application

Màster en Nanociència i Nanotecnologia

Raman and FTIR studies of the structural aspects of Nasicon-type crystals; AFeTi(PO4)3 [A ¼ Ca, Cd]

Raman and FTIR spectra of CaFeTi(PO4)3 and CdFeTi(PO4)3 are recorded and analyzed. The observed bands are assigned in terms of vibrations of TiO6 octahedra and PO4 tetrahedra. The symmetry of TiO6 octrahedra and PO4 tetrahedra is lowered from their free ion symmetry. The presence of Fe3+ ion disrupts the Ti–O–P–O–Ti chain and leads to the distortion of TiO6 octrahedra and PO4 tetrahedra. The PO4 3 tetrahedra in both crystals are linearly distorted. The covalency bonding factor of PO4 3 polyanion of both the crystals are calculated from the Raman spectra and compared to that of other Nasicon-type systems. The numerical values of covalency bonding factor indicates that there is a reduction in redox energy and cell voltage and is attributed to strong covalency of PO4 3 polyanionin

Vibrational spectroscopic studies of Guanidinium metal (MII) sulphate hexahydrates [MII = Co, Fe, Ni]

The Raman and FTIR spectra of [C(NH2)3]2M(SO4)2 ·6H2O (withM= Co, Fe, Ni) were recorded and analysed. The observed spectral bands are assigned in terms of vibrations of guanidinium ions, sulphate groups and water molecules. The analysis shows that the sulphate tetrahedra are distorted from their free state symmetry Td to C1. This is attributed to the presence of hydrogen bonds from water molecules. The order of distortion of the metal oxygen octahedra influenced the distortion of the sulphate tetrahedra. The appearance of 1– 3 modes of water molecules above 3300 cm−1 indicates the presence of weak hydrogen bonds

X-Ray Crysatllographic and Vibrational Spectroscopic Studies of Thorium Bromate Hydrate

Th(BrO3)3·H2O single crystals were grown from its aqueous solution at room temperature. Single crystal XRD, Raman and FTIR techniques were used to investigate the crystal structure. The crystal structure was solved by Patterson method. The as grown crystals are in monoclinic system with space group P21/c. The unit cell parameters are a = 12.8555(18) Å, b = 7.8970(11) Å, c = 9.0716(10) Å,  = 90°,  = 131.568° and  = 90° and unit cell volume is 689.1(2) Å3. Z = 8, R factor is 5.9. The Raman and FTIR studies indicate the lowering of symmetry of bromate anion from C3V to C1. Hydrogen bonds with varying strengths are present in the crystal. The centrosymmetric space group P21/c of the crystal is confirmed by the non-coincidence of majority of Raman and IR bands

Vibrational spectroscopic studies of FeClMoO4, Na2MoO4 and Na2MoO4·2H2O:D2O

FTIR and Raman spectra of FeClMoO4 single crystal and polycrystalline Na2MoO4, Na2MoO4·2H2O and Na2MoO4·2D2O are recorded and analysed. The band positions for different modes suggest that MoO4 tetrahedron is more distorted in FeClMoO4. The larger splitting observed for the bending modes and partial retention of degeneracy of the asymmetric stretching mode indicate that angular distortion is greater than liner distortion in MoO4 2 ion in FeClMoO4 confirming x-ray data. The non-appearance of the n1 and n2 modes in the IR and partial retention of the degeneracies of various modes show that MoO4 2 ion retains Td symmetry in Na2MoO4. Wavenumber values of the n1 mode indicate that the distortion of MoO4 tetrahedra in the four crystals are in the order FeClMoO4\ Na2MoO4·2H2O\Na2MoO4·2D2O\Na2MoO4. The water bands suggest the presence of two crystallographically distinct water molecules in Na2MoO4·2H2O. They form strong hydrogen bonds

Neue redoxfunktionalisierte Schwefel-Tripodliganden für selbstassemblierende monomolekulare Filme auf Goldoberflächen

Für die Entwicklung selbstorganisierter Monoschichten (SAMs) auf Gold(111)-Oberflächen wurden neue, redox-funktionalisierte Schwefel-Tripodliganden synthetisiert. Um die tripodale Struktur zu realisieren, wurde Adamantan als vierbindiges Zentrum eingesetzt. Die Anbindung an die Goldoberfläche wurde durch Thioethereinheiten ermöglicht, eventuelle laterale Wechselwirkungen durch Alkylseitenketten an den Thioethereinheiten, sowie durch lineare, rigide Spacereinheiten wurden untersucht. Als redoxaktive, funktionelle Einheit wurde ein Ferrocenylrest an den Liganden eingeführt. Gebildete monomolekulare Filme der Liganden auf Gold wurden mit Hilfe von Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Nahkanten-Reflexions-Röntgenabsorptionsspektroskopie (NEXAFS) und Sum-Frequency-Generation (SFG) charakterisiert, um die Filmqualität, die Bindung ans Substrat und Orientierungsordnung im Film zu ermitteln.

Selbstassemblierte Monolagen und magnetisch strukturierte Submonolagen mit dia- und paramagnetischen Molekülen sowie Einzelmolekülmagneten auf Phthalocyanin- und Subphthalocyanin-Basis

Mit dieser Arbeit wurde die Selbstassemblierung von dia- und paramagnetischen Molekülen sowie Einzelmolekülmagneten auf Goldsubstraten und magnetisch strukturierten Substraten untersucht. Dazu wurden drei verschiedene Klassen an Phthalocyaninderivaten verwendet: Diamagnetische Subphthalocyanine, paramagnetische Phthalocyaninatometalle und Diphthalocyaninatolanthanidkomplexe. Alle synthetisierten Verbindungen sind peripher thioethersubstituiert. Die Alkylketten (a: n-C8H17, b: n-C12H25) vermitteln die Löslichkeit in vielen organischen Solventien und sorgen für eine geordnete Assemblierung auf einer Oberfläche, wobei die Bindung auf Gold hauptsächlich über die Schwefelatome stattfindet. Die aus Lösung abgeschiedenen selbstassemblierten Monolagen wurden mit XPS, NEXAFS-Spektroskopie und ToF-SIMS untersucht. Bei der Selbstassemblierung auf magnetisch strukturierten Substraten stehen die Moleküle unter dem Einfluss magnetischer Streufelder und binden bevorzugt nur in bestimmten Bereichen. Die gebildeten Submonolagen wurden zusätzlich mit X-PEEM untersucht. Die erstmals dargestellten Manganphthalocyanine [MnClPc(SR)8] 1 wurden ausgehend von MnCl2 erhalten. Hier fand bei der Aufarbeitung an Luft eine Oxidation zu Mangan(III) statt; +III ist die stabilste Oxidationsstufe von Mangan in Phthalocyaninen. Der Nachweis des axialen Chloridoliganden erfolgte mit Massenspektrometrie und FIR- sowie Raman-Spektroskopie. SQUID-Messungen haben gezeigt, dass die Komplexe 1 vier ungepaarte Elektronen haben. Bei den Subphthalocyaninen [BClSubpc(SR)6] 2 wurde der axiale Chloridoligand mit dem stäbchenförmigen Phenolderivat 29-H substituiert und die erfolgreiche Ligandensubstitution durch NMR- und IR-Spektroskopie sowie Massenspektrometrie an den Produkten [BSubpc(SR)6(29)] 30 belegt. Der Radikalcharakter der synthetisierten Terbiumkomplexe [Tb{Pc(SR)8}2] 3 wurde spektroskopisch nachgewiesen; SQUID-Messungen ergaben, dass es sich um Einzelmolekülmagnete mit einer Energiebarriere U des Doppelpotentialtopfs von 880 K oder 610 cm-1 bei 3a handelt. Zunächst wurden die SAMs der Komplexverbindungen 1, 2, 30 und 3 auf nicht magnetisch strukturierten Goldsubstraten untersucht. Die Manganphthalocyanine 1 bilden geordnete SAMs mit größtenteils flach liegenden Molekülen, wie die XPS-, NEXAFS- und ToF-SIMS-Analyse zeigte. Die Mehrzahl der Thioether-Einheiten ist auf Gold koordiniert und die Alkylketten zeigen ungeordnet von der Oberfläche weg. Bei der Adsorption findet eine Reduktion zu Mangan(II) statt und der axiale Chloridoligand wird abgespalten. Das beruht auf dem sog. Oberflächen-trans-Effekt. Im vorliegenden Fall übt die Metalloberfläche einen stärkeren trans-Effekt als der axiale Ligand aus, was bisher experimentell noch nicht beobachtet wurde. Die thioethersubstituierten Subphthalocyanine 2 und 30 sowie die Diphthalocyaninatoterbium-Komplexe 3 sind ebenfalls für SAMs geeignet. Ihre Monolagen wurden mit XPS und NEXAFS-Spektroskopie untersucht, und trotz einer gewissen Unordnung in den Filmen liegen die Moleküle jeweils im Wesentlichen flach auf der Goldoberfläche. Vermutlich sind bei diesen Systemen auch die Alkylketten größtenteils parallel zur Oberfläche orientiert. Im Gegensatz zu den Manganphthalocyaninen 1 tritt bei 2b, 30a, 30b und 3b neben der koordinativen Bindung der Schwefelatome auf Gold auch eine für Thioether nicht erwartete kovalente Au–S-Bindung auf, die durch C–S-Bindungsbruch unter Abspaltung der Alkylketten ermöglicht wird. Der Anteil, zu dem dieser Prozess stattfindet, scheint nicht mit der Molekülstruktur zu korrelieren. Selbstassemblierte Submonolagen auf magnetisch strukturierten Substraten wurden mit dem diamagnetischen Subphthalocyanin 2b hergestellt. Der Nachweis der Submonolagen war schwierig und gelang schließlich durch eine Kombination von ToF-SIMS, NEXAFS Imaging und X-PEEM. Die Analyse der ToF-SIMS-Daten zeigte, dass tatsächlich eine Modulation der Verteilung der Moleküle auf einem unterwärts magnetisch strukturierten Substrat eintritt. Mit X-PEEM konnte die magnetische Struktur der ferromagnetischen Schicht des Substrats direkt der Verteilung der adsorbierten Moleküle zugeordnet werden. Die Subphthalocyanine 2b adsorbieren nicht an den Domänengrenzen, sondern vermehrt dazwischen. Auf Substraten mit abwechselnd 6.5 und 3.5 µm breiten magnetischen Domänen binden die Moleküle bevorzugt in den Bereichen geringster magnetischer Streufeldgradienten, also den größeren Domänen. Solche Substrate wurden für die ToF-SIMS- und X-PEEM-Messungen verwendet. Bei größeren magnetischen Strukturen mit ca. 400 µm breiten Domänen, wie sie aufgrund der geringeren Ortsauflösung dieser Methode für NEXAFS Imaging eingesetzt wurden, binden die Moleküle dann in allen Domänen. Die diamagnetischen Moleküle werden nach dieser Interpretation aus dem inhomogenen Magnetfeld über der Probenoberfläche heraus gedrängt und verhalten sich analog makroskopischer Diamagnete. Die eindeutige Detektion der Moleküle auf den magnetisch strukturierten Substraten konnte bisher nur für die diamagnetischen Subphthalocyanine 2b erfolgen. Um die Interpretation ihres Verhaltens bei der Selbstassemblierung in einem inhomogenen Magnetfeld weiter voranzutreiben, wurde das Subphthalocyanin 37b dargestellt, welches ein stabiles organisches TEMPO-Radikal in seinem axialen Liganden enthält. Das paramagnetische Subphthalocyanin 37b sollte auf den magnetisch strukturierten Substraten in Regionen starker magnetischer Streufelder binden und damit das entgegengesetzte Verhalten zu den diamagnetischen Subphthalocyaninen 2b zeigen. Aus Zeitgründen konnte dieser Nachweis im Rahmen dieser Arbeit noch nicht erbracht werden.

Metallische Nanopartikel auf Quarz

This work presents the developement of an chemically stable and easy to produce in situ sensor for fast and reliable detection of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in low nanomolar concentrations. Metallic nanoparticles on dielectric substrates werde used for the rst time with surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) in combination with shifted excitation Raman difference spectroscopy (SERDS). The preparation of the metallic nanoparticle ensembles with Volmer-Webergrowth is described first. The nanoparticles are characterized with both, optical spectroscopy and atomic force microscopy. The morphological properties of the nanoparticle ensembles are de ned by the mean axial ratio (a/b) and the mean equivalent radius (R Äq), respectively. The prepared and characterized nanoparticles were then used for intensive Raman spectroscopy measurements. Two sophisticated diode laser systems were used in cooperation with the TU Berlin, to carry out these experiments. The first step was to establish the ideal combination of excitation wavelength of the diode laser and the maximum of the surface plasmon resonance of the nanoparticle ensembles. From these results it was deduced, that for an optimum Raman signal the plasmon resonance maximum of the nanoparticle ensemble has to be red-shifted a few nanometeres in respect to the excitation wavelength. Different PAHs werde detected in concentrations of only 2 and 0.5 nmol/, respectively. Furthermore, the obtained results show an excellent reproducability. In addition the time dependence of the Raman signal intensity was investigated. The results of these measurements show, that only 2 minutes after placing the substrates in the molecular solution, a detectable Raman signal was generated. The maximum Raman signal, i.e. the time in which the molecular adsorption process is finished, was determined to about 10 minutes. In summary it was shown, that the used metallic nanoparticle ensembles are highly usable as substrates for SERS in combination with SERDS to detect PAHs in low nanomolar concentrations.

Two isomeric reaction products: hydrogen-bonded sheets in methyl 4-(5-amino-3-phenyl-1H-pyrazol-1-yl)-3-nitrobenzoate and hydrogen-bonded chains of edge-fused rings in methyl 3-nitro-4-[(5-phenyl-1H-pyrazol-3-yl)amino] benzoate

In methyl 4-(5-amino-3-phenyl-1H-pyrazol-1-yl)-3-nitrobenzoate, C17H14N4O4, the molecules are linked into complex sheets by a combination of N-H center dot center dot center dot N, N-H center dot center dot center dot O and C - H center dot center dot center dot O hydrogen bonds. In the isomeric methyl 3-nitro-4-[(5-phenyl- 1H-pyrazol-3-yl)amino] benzoate, molecules exhibit a polarized molecular-electronic structure and are linked into chains of edge-fused rings by a combination of N-H center dot center dot center dot O and C - H center dot center dot center dot O hydrogen bonds.

Three substituted 4-pyrazolylbenzoates: hydrogen-bonded supramolecular structures in one, two and three dimensions

The molecules of ethyl 4-(5-amino-3-methyl-1H-pyrazol-1yl) benzoate, C13H15N3O2, are linked by two independent N-H center dot center dot center dot O hydrogen bonds into a chain of edge-fused and alternating R-4(2)(8) and R-2(2)(20) rings. A combination of N-H center dot center dot center dot N and N-H center dot center dot center dot O hydrogen bonds links the molecules of methyl 4-(5-amino-3-tert-butyl-1H-pyrazol-1-yl) benzoate, C15H19N3O2, into sheets of alternating R-2(2)(20) and R-6(6)(32) rings. In 4-(5-amino-3-methyl-1H-pyrazol-1-yl) benzoic acid monohydrate, C11H11N3O2 center dot H2O, the molecular components are linked into a three-dimensional framework structure by a combination of five independent hydrogen bonds, two of O-H center dot center dot center dot N type and one each of O-H center dot center dot center dot O, N-H center dot center dot center dot O and N-H center dot center dot center dot N types

Rational modification of the hierarchy of intermolecular interactions in molecular crystal structures by using tunable halogen bonds

A family of 16 isomolecular salts (3-XpyH)(2)[MX'(4)] (3-XpyH=3-halopyridinium; M=Co, Zn; X=(F), Cl, Br, (I); X'=Cl, Br, I) each containing rigid organic cations and tetrahedral halometallate anions has been prepared and characterized by X-ray single crystal and/or powder diffraction. Their crystal structures reflect the competition and cooperation between non-covalent interactions: N-H center dot center dot center dot X'-M hydrogen bonds, C-X center dot center dot center dot X'-M halogen bonds and pi-pi stacking. The latter are essentially unchanged in strength across the series, but both halogen bonds and hydrogen bonds are modified in strength upon changing the halogens involved. Changing the organic halogen (X) from F to I strengthens the C-X center dot center dot center dot X'-M halogen bonds, whereas an analogous change of the inorganic halogen (X') weakens both halogen bonds and N-H center dot center dot center dot X'-M hydrogen bonds. By so tuning the strength of the putative halogen bonds from repulsive to weak to moderately strong attractive interactions, the hierarchy of the interactions has been modified rationally leading to systematic changes in crystal packing. Three classes of crystal structure are obtained. In type A (C-F center dot center dot center dot X'-M) halogen bonds are absent. The structure is directed by N-H center dot center dot center dot X'-M hydrogen bonds and pi-stacking interactions. In type B structures, involving small organic halogens (X) and large inorganic halogens (X'), long (weak) C-X center dot center dot center dot X'-M interactions are observed with type I halogen-halogen interaction geometries (C-X center dot center dot center dot X' approximate to X center dot center dot center dot X'-M approximate to 155 degrees), but hydrogen bonds still dominate. Thus, minor but quite significant perturbations from the type A structure arise. In type C, involving larger organic halogens (X) and smaller inorganic halogens (X'), stronger halogen bonds are formed with a type II halogen-halogen interaction geometry (C-X center dot center dot center dot X' approximate to 180 degrees; X center dot center dot center dot X'-M approximate to 110 degrees) that is electrostatically attractive. The halogen bonds play a major role alongside hydrogen bonds in directing the type C structures, which as a result are quite different from type A and B.

Vibrational spectroscopy of a compound with a CS7 ring

The product of the Asinger reaction between elemental sulfur, n-butylamine and acetophenone is 8-(n-butylaminophenylmethyliden)-1,2,3,4,5,6,7-heptathiocane which contains a CS7 ring. A combination of infrared, Raman and inelastic neutron scattering spectroscopies with periodic density functional theory calculations is used to provide a complete assignment of the vibrational spectra of this unusual species. The similarity between the Raman spectra of the compound and that of elemental sulfur is particularly striking. Copyright (C) 2009 John Wiley & Sons, Ltd.