Análise por componentes principais de espectros nexafs na especiação do molibdênio em catalisadores de hidrotratamento

Bulk and supported molybdenum based catalysts, modified by nickel, phosphorous or tungsten were studied by NEXAFS spectroscopy at the Mo L III and L II edges. The techniques of principal component analysis (PCA) together with a linear combination analysis (LCA) allowed the detection and quantification of molybdenum atoms in two different coordination states in the oxide form of the catalysts, namely tetrahedral and octahedral coordination.

Deprotection, tethering, and activation of a one-legged metalloporphyrin on a chemically active metal surface: NEXAFS, Synchrotron XPS, and STM study of [SAc]P-Mn(III)Cl on Ag(100)

The structural and reactive properties of the acetyl-protected "one-legged" manganese porphyrin [SAc]P-Mn(III)Cl on Ag(100) have been studied by NEXAFS, synchrotron XPS and STM Spontaneous surface-mediated deprotection occurs at 300 K accompanied by spreading of the resulting thio-tethered porphyrin across the metal surface Loss of the axial chlorine ligand occurs at 498 K, without any demetalation of the macrocycle, leaving the Mn center in a low co-ordination state At low coverages the macrocycle is markedly tilted toward the silver surface, as is the phenyl group that forms part of the tethering "leg". In the monolayer region a striking transition occurs whereby the molecule rolls over, preserving the tilt angle of the phenyl group, strongly increasing that of the macrocycle, decreasing the apparent height of the molecule and decreasing its footprint, thus enabling closer packing These findings are in marked contrast with those previously reported for the corresponding more rigidly bound four-legged porphyrin [Turner, M., Vaughan, O. P. H., Kyriakou, G., Watson, D. J., Scherer, L. J; Davidson, G J. E, Sanders, J. K. M.; Lambert, R. M J. Am. Chem Soc 2009, 131, 1910] suggesting that the physicochemical :)properties and potential applications of these versatile systems should be strongly dependent on the mode of tethering to the surface.

Stability of biomass-derived black carbon in soils

Black carbon (BC) may play ail important role in the global C budget, due to its potential to act as a significant sink of atmospheric CO(2). In order to fully evaluate the influence of BC oil the global C cycle, in understanding of the stability of BC is required. The biochemical stability of BC was assessed in a chronosequence of high-BC-containing Anthrosols from the central Amazon, Brazil, using a range of spectroscopic and biological methods. Results revealed that the Anthrosols had 61-80% lower (P < 0.05) CO(2) evolution per unit C over 532 days compared to their respective adjacent soils with low BC contents. No significant (P > 0.05) difference in CO(2) respiration per unit C was observed between Anthrosols with contrasting ages of BC (600-8700 years BP) Lind soil textures (0.3-36% clay). Similarly, the molecular composition of the core regions of micrometer-sized BC particles quantified by synchrotron-based Near-Edge X-ray Fine Structure (NEXAFS) spectroscopy coupled to Scanning Transmission X-ray Microscopy (STXM) remained similar regardless of their ages and closely resembled the spectral characteristics or fresh BC. BC decomposed extremely slowly to ail extent that it was not possible to detect chemical changes between Youngest and oldest samples, as also confirmed by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Deconvolution of NEXAFS spectra revealed greater oxidation oil the surfaces of BC particles with little penetration into the core of the particles. The similar C mineralization between different BC-rich soils regardless of soil texture underpins the importance of chemical recalcitrance for the stability of BC, in contrast to adjacent soils which showed the highest mineralization in the sandiest soil. However, the BC-rich Anthrosols had higher proportions (72-90%) of C in the more stable organo-mineral fraction than BC-poor adjacent soils (2-70%), Suggesting some degree of physical stabilization. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Study and characterization of the ZnPc:C60/MoOx interface in organic solar cells by means of photoelectron spectroscopy

Dissertation to obtain the academic degree of Master in materials engineering submitted to the Faculty of science and engineering of Universidade Nova de Lisboa

Photoschaltbare Azobenzol-modifizierte selbstorganisierte Monoschichten auf Gold(111)-Oberflächen

Für die Entwicklung photoschaltbarer selbstorganisierter Monoschichten (SAMs) auf Gold(111)-Oberflächen wurden neue Azobenzol-terminierte Asparagussäure - und Liponsäurederivate synthetisiert. Um den Einfluss lateraler Wasserstoffbrückenbindungen auf Qualität und Orientierungsordnung der Schichten zu untersuchen, wurden Monolagen, die durch amid- und esterverknüpfte Verbindungen gebildet wurden, miteinander verglichen. Die Filmbildung aus der Lösung wurde in situ durch optische Frequenzverdopplung (SHG) untersucht und die Photoreaktivität mittels Kontaktwinkelmessungen, Oberflächen-Plasmonenresonanz (SPR) und Ellipsometrie verfolgt. SAMs auf Gold wurden außerdem mit Hilfe von Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Nahkanten-Reflexions-Röntgenabsorptionsspektroskopie (NEXAFS) und Infrarot-Reflexionsabsorptionsspektroskopie (IRRAS) charakterisiert, um die Filmqualität, die Bindung ans Substrat und Orientierungsordnung im Film zu ermitteln. Da die Chemisorption auf polykristallinem Gold formal der Koordinationschemie von 1,2-Dithiolan-Derivaten gegenüber nullwertigen Edelmetall-Zentralatomen entspricht, wurden etliche Pt-Komplexe durch oxidative Addition an [Pt(PPh3)4] dargestellt. Im Zusammenhang mit der Darstellung der Asparagussäure wurde die Kristallstruktur von [pipH]2[WS4] und der neuen Verbindungen [pipH]3[WS4](HS) und [pipH]4[WS4][WOS3] (pip = Piperidin) bestimmt. Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Piperidinium-Kationen und den Thiowolframat-Anionen spielen eine dominante strukturelle Rolle.

Dipodal Ferrocene Derivatives for Nanostructured Redox-Functionalised Surfaces

Self-assembled monolayers (SAMs) on solid surfaces are of great current interest in science and nanotechnology. This thesis describes the preparation of several symmetrically 1,1’-substituted ferrocene derivatives that contain anchoring groups suitable for chemisorption on gold and may give rise to SAMs with electrochemically switchable properties. The binding groups are isocyano (-NC), isothiocyanato (-NCS), phosphanyl (-PPh2), thioether (-SR) and thienyl. In the context of SAM fabrication, isothiocyanates and phosphanes are adsorbate systems which, surprisingly, have remained essentially unexplored. SAMs on gold have been fabricated with the adsorbates from solution and investigated primarily by X-ray photoelectron spectroscopy and near-edge X-ray absorption fine structure spectroscopy. The results of these analytical investigations are presented and discussed in matters of the film quality and possible binding modes. The quality of self-assembled monolayers fabricated from 1,1’-diisocyanoferrocene and 1,1’-diisothiocyanatoferrocene turned out to be superior to that of films based on the other adsorbate species investigated. Films of those absorbates as well as of dppf afforded well-defined SAMs of good quality. All other films of this study based on sulfur containing anchoring groups exhibit chemical inhomogeneity and low orientational order of the film constituents and therefore failed to give rise to well-defined SAMs. Surface coordination chemistry is naturally related to molecular coordination chemistry. Since all SAMs described in this thesis were prepared on gold (111) surfaces, the ferrocene-based ligands of this study have been investigated in their ability for complexation towards gold(I). The sulfur-based ferrocene ligands [fc(SR)2] failed to give stable gold(I) complexes. In contrast, 1,1’-diisocyanoferrocene (1) proved to be an excellent ligand for the complexation of gold(I). Several complexes were prepared and characterised utilising a series of gold(I) acetylides. These complexes show interesting structural motifs in the solid state, since intramolecular aurophilic interactions lead to a parallel orientation of the isocyano moieties, combined with an antiparallel alignment of neighbouring units. The reaction of 1 with the gold(I) acetylide [Au(C≡C–Fc)]n turned out to be very unusual, since the two chemically equivalent isocyano groups undergo a different reaction. One group shows an ordinary coordination and the other one undergoes an extraordinary 1,1-insertion into the Au-C bond. As a sideline of the research of this thesis several ferrocene derivatives have been tested for their suitability for potential surface reactions. Copper(I) mediated 1,3-dipolar cycloadditions of azidoferrocene derivatives with terminal alkynes appeared very promising in this context, but failed to a certain extent in terms of ‘click’ chemistry, since the formation of the triazoles depended on the strict exclusion of oxygen and moisture and yields were only moderate. Staudinger reactions between dppf and azidoferrocene derivatives were also tested. The nucleophilic additions of secondary amines to 1,1’-diisothiocyanatoferrocene led to the respective thiourea derivatives in quantitative yields.

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.

Synthese von Azobenzolderivaten zur Darstellung photoschaltbarer, selbstorganisierter Monolagen

Im Vordergrund dieser Arbeit stehen die Synthesen des Azobenzol-4-trichlorsilans sowie des Bis(4-azobenzol)disulfids, ausgehend von einfachen und kommerziell erhältlichen Verbindungen. Moleküle, aus denen sich diese Verbindungen synthetisieren lassen, sind die Iodderivate des Azobenzols, welche über die Kondensation von Benzolaminen (Anilinen) und Nitrosobenzolen dargestellt wurden, aber auch über die altbewährte Azokupplung. Insgesamt wurden 19 neue Azobenzolderivate, das neue [(4-Aminophenyl)ethinyl]ferrocen und das neue Bis[4-(4'-bromazobenzol)]disulfid synthetisiert und charakterisiert. Außerdem wurden 13 neue Kristallstrukturen erzeugt. Mit den synthetisierten Molekülen wurden Substrat-Adsorbat-Systeme gebildet. Als Substrate wurden oberflächenoxidiertes Silizium und Gold gewählt. Die Präparation dieser sogennanten selbstorganisierten Monolagen (SAMs) bzw. der kovalent gebundenen Monolagen im Falle der Trichlorsilylderivate (CAMs) wurde eingehend studiert. Das Azobenzol wurde als photoschaltbare Einheit gewählt, da es bereits Kern zahlreicher Untersuchungen war und als solcher als guter und zuverlässiger Baustein für reversible photoschaltbare Systeme etabliert ist. Zur Charakterisierung Schichten und zur Untersuchung ihres photoresponsiven Verhaltens sowie sowie zur Untersuchung der Schichtbildung selbst wurden mehrere physikalische Messmethoden angewandt. Die Schichtbildung wurde mit SHG (optische Frequenzverdopplung) verfolgt, die fertigen Schichten wurden mit XPS (Röntgen-Photonen-Spektroskopie) und NEXAFS (Nahkanten-Röntgen-Absorptions-Feinstruktur) untersucht, um Orientierung und Ordnung der Moleküle in der Schicht zu ermitteln. Das Schaltverhalten wurde mit Ellipsometrie und durch Messungen des Wasserkontaktwinkels beobachtet. Durch Variation der Endgruppe des Azobenzols ist es möglich, die Oberflächeneigenschaften einstellen gezielt zu können, wie Hydrophobie, Hydrophilie, Komplexierungsverhalten oder elektrische Schaltbarkeit. Dies gelingt durch Gruppen wie N,N-Dimethylamino-, Methoxy-, Ethoxy-, Octyloxy-, Dodecyloxy-, Benzyloxy-, Methyl-, Trifluormethyl-, Pyridyl-, Phenylethinyl- und Ferrocenyl-Restgruppen, um nur eine Auswahl zu nennen. Einerseits wurde Silizium als Substrat gewählt, da es wegen seiner Verwendung in der Halbleiterindustrie ein nicht uninteressantes Substrat darstell und die Möglichkeiten der kovalenten Anbindung von Trichlorsilanen aber auch Trialkoxysilanen auch gut untersucht ist. Andererseits wurden auch Untersuchungen mit Gold als Substrat angestellt, bei dem Thiole und Disulfide die bevorzugten Ankergruppen bilden. Während sich auf Gold sogenannte SAMs bilden, verleiht die kovalente Siloxanbindung den CAMs auf Silizium eine besondere Stabilität.

Koordinationschemie auf Oberflächen

Oberflächen, die reversibel auf einen externen Stimulus reagieren, werden als intelligente Oberflächen bezeichnet und sind von großem Interesse für Wissenschaft und Technik. Im diesem Rahmen haben wir ein modulares Synthesekonzept entwickelt, das die spontane Selbstorganisation funktionaler Adsorbatmoleküle auf Au(111) und HOPG ausnutzt. Das Design der Adsorbatmoleküle erlaubt eine modulare Synthese. Scheibchenförmige Moleküle wie Phthalocyanine und Porphyrine, die in der Peripherie Thioetherseitenketten tragen, dienen als Anbindungseinheiten. Das zentrale Metallatom dient als Anknüpfungspunkt für starre Einheiten, die aus Abstandshaltern und Funktionsträgern bestehen. Dieses Konzept erlaubt es sowohl die laterale Separation Funktionseinheiten einzustellen um es den Funktionsträgern zu ermöglichen ohne Behinderung durch Nachbarmoleküle ihre Funktion auszuüben. Für diese Arbeit waren Funktionseinheiten wichtig, deren Funktionen unter anderem Redoxaktivität, Photoschaltbarkeit, Komplexierung katalytisch aktiver Metalle und Immobilisierung onkogener Proteine umfassen. Zum Beleg dieses Konzeptes wurde ein starres Ferrocen-Derivat für die Postmodifizierung eines Zn-Phthalocyanin-SAMs verwendet. Die erhaltenen Filme wurden mittels C1s- und Fe2p-NEXAFS-Spektroskopie ebenso untersucht wie mittels TDS. Strukturell verwandte Komplexe konnten durch RSA charakterisiert werden.

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.

Chemoselective catalytic hydrogenation of acrolein on Ag(111): effect of molecular orientation on reaction selectivity

The adsorption and hydrogenation of acrolein on the Ag(111) surface has been investigated by high resolution synchrotron XPS, NEXAFS, and temperature programmed reaction. The molecule adsorbs intact at all coverages and its adsorption geometry is critically important in determining chemoselectivity toward the formation of allyl alcohol, the desired but thermodynamically disfavored product. In the absence of hydrogen adatoms (H(a)), acrolein lies almost parallel to the metal surface; high coverages force the C=C bond to tilt markedly, likely rendering it less vulnerable toward reaction with hydrogen adatoms. Reaction with coadsorbed H(a) yields allyl alcohol, propionaldehyde, and propanol, consistent with the behavior of practical dispersed Ag catalysts operated at atmospheric pressure: formation of all three hydrogenation products is surface reaction rate limited. Overall chemoselectivity is strongly influenced by secondary reactions of allyl alcohol. At low H(a) coverages, the C=C bond in the newly formed allyl alcohol molecule is strongly tilted with respect to the surface, rendering it immune to attack by H(a) and leading to desorption of the unsaturated alcohol. In contrast with this, at high H(a) coverages, the C=C bond in allyl alcohol lies almost parallel to the surface, undergoes hydrogenation by H(a), and the saturated alcohol (propanol) desorbs.

The local adsorption geometry and electronic structure of alanine on Cu{110}

The adsorption of alanine on Cu {110} was studied by a combination of near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and density functional theory (DFT). Large chemical shifts in the C 1s, N 1s, and O 1s XP spectra were found between the alanine multilayer and the chemisorbed and pseudo-(3 x 2) alaninate layers. From C, N, and O K-shell NEXAFS spectra the tilt angles of the carboxylate group (approximate to 26 degrees in plane with respect to [1 (1) over bar0] and approximate to 45 degrees out of plane) and the C-N bond angle with respect to [1 (1) over bar0] could be determined for the pseudo-(3 x 2) overlayer. Using this information three adsorption geometries could be eliminated from five p(3 x 2) structures which lead to almost identical heats of adsorption in the DFT calculations between 1.40 and 1.47 eV/molecule. Due to the small energy difference between the remaining two structures it is not unlikely that these coexist on the surface at room temperature. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

The adsorption and stability of sulfur containing amino acids on Cu{531}

The adsorption of L-CySteine and L-methionine amino acids on a chiral Cu{5 3 1} surface was investigated with high resolution X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and carbon K-edge near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) Spectroscopy using synchrotron radiation. XPS shows that at 300 K L-cysteine adsorbs through two oxygen, a nitrogen and a sulfur atom, in a four point 'quadrangular footprint', whereas L-methionine adsorbs through only two oxygen and a nitrogen atom in a 'triangular footprint'. NEWS was used to clarify the adsorption geometry of both molecules, which suggests a binding orientation to the top layer and second layer atoms in two different orientations associated with adsorption sites on {1 1 0} and {3 1 1} microfacets; of the Cu{5 3 1} surface. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Alignment of a model amyloid peptide fragment in bulk and at a solid surface

The alignment of model amyloid peptide YYKLVFFC is investigated in bulk and at a solid surface using a range of spectroscopic methods employing polarized radiation. The peptide is based on a core sequence of the amyloid beta (A beta) peptide, KLVFF. The attached tyrosine and cysteine units are exploited to yield information on alignment and possible formation of disulfide or dityrosine links. Polarized Raman spectroscopy on aligned stalks provides information on tyrosine orientation, which complements data from linear dichroism (LD) on aqueous solutions subjected to shear in a Couette cell. LD provides a detailed picture of alignment of peptide strands and aromatic residues and was also used to probe the kinetics of self-assembly. This suggests initial association of phenylalanine residues, followed by subsequent registry of strands and orientation of tyrosine residues. X-ray diffraction (XRD) data from aligned stalks is used to extract orientational order parameters from the 0.48 nm reflection in the cross-beta pattern, from which an orientational distribution function is obtained. X-ray diffraction on solutions subject to capillary flow confirmed orientation in situ at the level of the cross-beta pattern. The information on fibril and tyrosine orientation from polarized Raman spectroscopy is compared with results from NEXAFS experiments on samples prepared as films on silicon. This indicates fibrils are aligned parallel to the surface, with phenyl ring normals perpendicular to the surface. Possible disulfide bridging leading to peptide dimer formation was excluded by Raman spectroscopy, whereas dityrosine formation was probed by fluorescence experiments and was found not to occur except under alkaline conditions. Congo red binding was found not to influence the cross-beta XRD pattern.

Global and local expression of chirality in serine on the Cu{110} surface

Establishing a molecular-level understanding of enantioselectivity and chiral resolution at the organic−inorganic interfaces is a key challenge in the field of heterogeneous catalysis. As a model system, we investigate the adsorption geometry of serine on Cu{110} using a combination of low-energy electron diffraction (LEED), scanning tunneling microscopy (STM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy. The chirality of enantiopure chemisorbed layers, where serine is in its deprotonated (anionic) state, is expressed at three levels: (i) the molecules form dimers whose orientation with respect to the substrate depends on the molecular chirality, (ii) dimers of l- and d-enantiomers aggregate into superstructures with chiral (−1 2; 4 0) lattices, respectively, which are mirror images of each other, and (iii) small islands have elongated shapes with the dominant direction depending on the chirality of the molecules. Dimer and superlattice formation can be explained in terms of intra- and interdimer bonds involving carboxylate, amino, and β−OH groups. The stability of the layers increases with the size of ordered islands. In racemic mixtures, we observe chiral resolution into small ordered enantiopure islands, which appears to be driven by the formation of homochiral dimer subunits and the directionality of interdimer hydrogen bonds. These islands show the same enantiospecific elongated shapes those as in low-coverage enantiopure layers.