N-Heterocyclic Olefins on a Silicon Surface.
Density functional calculations
Monolayers
N-heterocyclic olefins
Scanning tunneling microscopy
Silicon
Journal
Angewandte Chemie (International ed. in English)
ISSN: 1521-3773
Titre abrégé: Angew Chem Int Ed Engl
Pays: Germany
ID NLM: 0370543
Informations de publication
Date de publication:
11 Dec 2023
11 Dec 2023
Historique:
received:
05
07
2023
medline:
18
10
2023
pubmed:
18
10
2023
entrez:
18
10
2023
Statut:
ppublish
Résumé
The adsorption of N-heterocyclic olefins (NHOs) on silicon is investigated in a combined scanning tunneling microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and density functional theory study. We find that both of the studied NHOs bind covalently, with ylidic character, to the silicon adatoms of the substrate and exhibit good thermal stability. The adsorption geometry strongly depends on the N-substituents: for large N-substituents, an upright adsorption geometry is favored, while a flat-lying geometry is found for the NHO with smaller wingtips. These different geometries strongly influence the quality and properties of the obtained monolayers. The upright geometry leads to the formation of ordered monolayers, whereas the flat-lying NHOs yield a mostly disordered, but denser, monolayer. The obtained monolayers both show large work function reductions, as the higher density of the flat-lying monolayer is found to compensate for the smaller vertical dipole moments. Our findings offer new prospects in the design of tailor-made ligand structures in organic electronics and optoelectronics, catalysis, and material science.
Identifiants
pubmed: 37849449
doi: 10.1002/anie.202314663
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202314663Subventions
Organisme : Deutsche Forschungsgemeinschaft
ID : SFB 1459
Organisme : Deutsche Forschungsgemeinschaft
ID : Leibniz Award
Organisme : Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen
ID : BACCARA
Organisme : Bundesministerium für Bildung und Forschung
Organisme : Elsa-Neumann-Stipendium des Landes Berlin
Organisme : CINECA
Informations de copyright
© 2023 The Authors. Angewandte Chemie International Edition published by Wiley-VCH GmbH.
Références
S. F. Bent, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2830.
A. Vilan, O. Yaffe, A. Biller, A. Salomon, A. Kahn, D. Cahen, Adv. Mater. 2010, 22, 140.
M. M. D. Roy, E. Rivard, Acc. Chem. Res. 2017, 50, 2017.
A. Doddi, M. Peters, M. Tamm, Chem. Rev. 2019, 119, 6994.
N. Kuhn, H. Bohnen, J. Kreutzberg, D. Bläser, R. Boese, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1993, 1993, 1136.
N. Kuhn, M. Steimann, G. Weyers, Z. Naturforsch. B 1999, 54, 427.
A. Dumrath, X.-F. Wu, H. Neumann, A. Spannenberg, R. Jackstell, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 8988.
S. Naumann, Chem. Commun. 2019, 55, 11658.
Y.-B. Wang, D.-S. Sun, H. Zhou, W.-Z. Zhang, X.-B. Lu, Green Chem. 2015, 17, 4009.
I. C. Watson, A. Schumann, H. Yu, E. C. Davy, R. Mc-Donald, M. J. Ferguson, C. Hering-Junghans, E. Rivard, Chem. Eur. J. 2019, 25, 9678.
M. Schedler, N. E. Wurz, C. G. Daniliuc, F. Glorius, Org. Lett. 2014, 16, 3134.
B. Maji, H. Mayr, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 10408.
B. Maji, M. Horn, H. Mayr, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 6231.
A. T. Biju, M. Padmanaban, N. E. Wurz, F. Glorius, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8412.
C. E. I. Knappke, J. M. Neudörfl, A. J. von Wangelin, Org. Biomol. Chem. 2010, 8, 1695.
A. Fürstner, M. Alcarazo, R. Goddard, C. W. Lehmann, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3210.
K. Powers, C. Hering-Junghans, R. McDonald, M. J. Ferguson, E. Rivard, Polyhedron 2016, 108, 8.
R. Dorta, E. D. Stevens, N. M. Scott, C. Costabile, L. Cavallo, C. D. Hoff, S. P. Nolan, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 2485.
M. Franz, S. Chandola, M. Koy, R. Zielinski, H. Aldahhak, M. Das, M. Freitag, U. Gerstmann, D. Liebig, A. K. Hoffmann, M. Rosin, W. G. Schmidt, C. Hogan, F. Glorius, N. Esser, M. Dähne, Nat. Chem. 2021, 13, 828-835.
R. Zielinski, M. Das, C. Kosbab, M. T. Nehring, M. Dähne, N. Esser, M. Franz, F. Glorius, J. Mater. Chem. C 2023, 11, 7377.
K. V. S. Ranganath, J. Kloesges, A. H. Schäfer, F. Glorius, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 7786.
A. V. Zhukhovitskiy, M. G. Mavros, T. Van Voorhis, J. A. Johnson, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 7418.
M. N. Hopkinson, C. Richter, M. Schedler, F. Glorius, Nature 2014, 510, 485.
C. M. Crudden, J. H. Horton, I. I. Ebralidze, O. V. Zenkina, A. B. McLean, B. Drevniok, Z. She, H.-B. Kraatz, N. J. Mosey, T. Seki, E. C. Keske, J. D. Leake, A. Rousina-Webb, G. Wu, Nat. Chem. 2014, 6, 409.
A. V. Zhukhovitskiy, M. J. MacLeod, J. A. Johnson, Chem. Rev. 2015, 115, 11503.
C. M. Crudden, J. H. Horton, M. R. Narouz, Z. Li, C. A. Smith, K. Munro, C. J. Baddeley, C. R. Larrea, B. Drevniok, B. Thanabalasingam, A. B. McLean, O. V. Zenkina, I. I. Ebralidze, Z. She, H.-B. Kraatz, N. J. Mosey, L. N. Saunders, A. Yagi, Nat. Commun. 2016, 7, 12654.
G. Wang, A. Rühling, S. Amirjalayer, M. Knor, J. B. Ernst, C. Richter, H.-J. Gao, A. Timmer, H.-Y. Gao, N. L. Doltsinis, F. Glorius, H. Fuchs, Nat. Chem. 2017, 9, 152.
C. R. Larrea, C. J. Baddeley, M. R. Narouz, N. J. Mosey, J. H. Horton, C. M. Crudden, ChemPhysChem 2017, 18, 3536.
L. Jiang, B. Zhang, G. Medard, A. P. Seitsonen, F. Haag, F. Allegretti, J. Reichert, B. Kuster, J. V. Barth, A. C. Papageorgiou, Chem. Sci. 2017, 8, 8301.
Z. Li, K. Munro, I. I. Ebralize, M. R. Narouz, J. D. Padmos, H. Hao, C. M. Crudden, J. H. Horton, Langmuir 2017, 33, 13936.
J. B. Ernst, C. Schwermann, G.-i. Yokota, M. Tada, S. Muratsugu, N. L. Doltsinis, F. Glorius, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 9144.
C.-Y. Wu, W. J. Wolf, Y. Levartovsky, H. A. Bechtel, M. C. Martin, F. D. Toste, E. Gross, Nature 2017, 541, 511.
E. A. Doud, M. S. Inkpen, G. Lovat, E. Montes, D. W. Paley, M. L. Steigerwald, H. Vázquez, L. Venkataraman, X. Roy, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 8944.
M. Trujillo, S. L. Strausser, J. C. Becca, J. F. DeJesus, L. Jensen, D. M. Jenkins, J. P. Camden, J. Phys. Chem. Lett. 2018, 9, 6779.
D. T. Nguyen, M. Freitag, M. Körsgen, S. Lamping, A. Rühling, A. H. Schäfer, M. H. Siekman, H. F. Arlinghaus, W. G. van der Wiel, F. Glorius, B. J. Ravoo, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 11465.
G. Lovat, E. A. Doud, D. Lu, G. Kladnik, M. S. Inkpen, M. L. Steigerwald, D. Cvetko, M. S. Hybertsen, A. Morgante, X. Roy, L. Venkataraman, Chem. Sci. 2019, 10, 930.
C. A. Smith, M. R. Narouz, P. A. Lummis, I. Singh, A. Nazemi, C.-H. Li, C. M. Crudden, Chem. Rev. 2019, 119, 4986.
M. R. Narouz, K. M. Osten, P. J. Unsworth, R. W. Y. Man, K. Salorinne, S. Takano, R. Tomihara, S. Kaappa, S. Malola, C.-T. Dinh, J. D. Padmos, K. Ayoo, P. J. Garrett, M. Nambo, J. H. Horton, E. H. Sargent, H. Häkkinen, T. Tsukuda, C. M. Crudden, Nat. Chem. 2019, 11, 419.
E. A. Doud, R. L. Starr, G. Kladnik, A. Voevodin, E. Montes, N. P. Arasu, Y. Zang, P. Zahl, A. Morgante, L. Venkataraman, H. Vázquez, D. Cvetko, X. Roy, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 19902.
E. Amit, L. Dery, S. Dery, S. Kim, A. Roy, Q. Hu, V. Gutkin, H. Eisenberg, T. Stein, D. Mandler, F. Dean Toste, E. Gross, Nat. Commun. 2020, 11, 5714.
A. Krzykawska, M. Wróbel, K. Kozieł, P. Cyganik, ACS Nano 2020, 14, 6043.
P. Bellotti, M. Koy, M. N. Hopkinson, F. Glorius, Nat. Chem. Rev. 2021, 5, 711.
M. Koy, P. Bellotti, M. Das, F. Glorius, Nat. Catal. 2021, 4, 352.
A. Inayeh, R. R. K. Groome, I. Singh, A. J. Veinot, F. C. de Lima, R. H. Miwa, C. M. Crudden, A. B. McLean, Nat. Commun. 2021, 12, 4034.
P. Knecht, B. Zhang, J. Reichert, D. A. Duncan, M. Schwarz, F. Haag, P. T. P. Ryan, T.-L. Lee, P. S. Deimel, P. Feulner, F. Allegretti, W. Auwärter, G. Médard, A. P. Seitsonen, J. V. Barth, A. C. Papageorgiou, J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 4433.
I. Berg, L. Hale, M. Carmiel-Kostan, F. D. Toste, E. Gross, Chem. Commun. 2021, 57, 5342.
I. Berg, E. Amit, L. Hale, F. D. Toste, E. Gross, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202201093.
P. Knecht, D. Meier, J. Reichert, D. A. Duncan, M. Schwarz, J. T. Küchle, T.-L. Lee, P. S. Deimel, P. Feulner, F. Allegretti, W. Auwärter, G. Médard, A. P. Seitsonen, J. V. Barth, A. C. Papageorgiou, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202211877.
Y. Choi, C. S. Park, H.-V. Tran, C.-H. Li, C. M. Crudden, T. R. Lee, ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 44969.
E. Angove, F. Grillo, H. A. Früchtl, A. J. Veinot, I. Singh, J. H. Horton, C. M. Crudden, C. J. Baddeley, J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 2051.
G. Kaur, R. L. Thimes, J. P. Camden, D. M. Jenkins, Chem. Commun. 2022, 58, 13188.
R. J. Lewis, M. Koy, M. Macino, M. Das, J. H. Carter, D. J. Morgan, T. E. Davies, J. B. Ernst, S. J. Freakley, F. Glorius, G. J. Hutchings, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 15431.
A. V. Zhukhovitskiy, M. G. Mavros, K. T. Queeney, T. Wu, T. V. Voorhis, J. A. Johnson, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 8639.
B. Baris, V. Luzet, E. Duverger, P. Sonnet, F. Palmino, F. Cherioux, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 4094.
S. R. Wagner, R. R. Lunt, P. Zhang, Phys. Rev. Lett. 2013, 110, 086107.
O. Guillermet, A. Mahmood, J. Yang, J. Echeverria, J. Jeannoutot, S. Gauthier, C. Joachim, F. Chérioux, F. Palmino, ChemPhysChem 2014, 15, 271.
Y. Makoudi, J. Jeannoutot, F. Palmino, F. Cherioux, G. Copie, C. Krzeminski, F. Cleri, B. Grandidier, Surf. Sci. Rep. 2017, 72, 316.
S. Lindner, M. Franz, M. Kubicki, S. Appelfeller, M. Dähne, H. Eisele, Phys. Rev. B 2019, 100, 245301.
H. Aldahhak, C. Hogan, S. Lindner, S. Appelfeller, H. Eisele, W. G. Schmidt, M. Dähne, U. Gerstmann, M. Franz, Phys. Rev. B 2021, 103, 035303.
M. Franz, Inorg. Chim. Acta 2024, 559, 121771.
R. L. Headrick, I. K. Robinson, E. Vlieg, L. C. Feldman, Phys. Rev. Lett. 1989, 63, 1253.
P. Bedrossian, R. D. Meade, K. Mortensen, D. M. Chen, J. A. Golovchenko, D. Vanderbilt, Phys. Rev. Lett. 1989, 63, 1257.
M. Mas-Torrent, C. Rovira, Chem. Rev. 2011, 111, 4833.
R. H. Friend, R. W. Gymer, A. B. Holmes, J. H. Burroughes, R. N. Marks, C. Taliani, D. D. C. Bradley, D. A. D. Santos, J. L. Brédas, M. Lögdlund, W. R. Salaneck, Nature 1999, 397, 121.
W. Cao, J. Xue, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2123.
H. K. Kim, A. S. Hyla, P. Winget, H. Li, C. M. Wyss, A. J. Jordan, F. A. Larrain, J. P. Sadighi, C. Fuentes-Hernandez, B. Kippelen, J.-L. Bredas, S. Barlow, S. R. Marder, Chem. Mater. 2017, 29, 3403.
C. Fonseca Guerra, J.-W. Handgraaf, E. J. Baerends, F. M. Bickelhaupt, J. Comput. Chem. 2004, 25, 189.
A. Savin, R. Nesper, S. Wengert, T. F. Fässler, Angew. Chem. Int. Ed. 1997, 36, 1808.
K. Koumpouras, J. A. Larsson, J. Phys. Condens. Matter 2020, 32, 315502.