Moleküladsorbate

Wir untersuchen insbesondere auch die Eigenschaften verschiedener organischer Moleküle auf einem möglichst inerten Substrat. In der jüngsten Vergangenheit sind dies insbesondere Koffein und Theobromin als Adsorbate.

Koffein-Monolagen auf Au(111)

Koffein ist die am häufigsten verwendete Droge und hat ein breites Spektrum von Anwendungen in der Praxis. Neben seiner Wirkung auf das menschliche Zentralnervensystem ist es ein Korrosionsschutzmittel für Kupfer und kann zur Verbesserung der Leistung und thermischen Stabilität von Perowskit-Solarzellen verwendet werden.

Als Kristall zeigen Koffeinmoleküle ein polymorphes Verhalten mit einer α- und einer β-Phase. Darüber hinaus wurden unterschiedliche Orientierungen in oberflächeninduzierten Phasen gefunden. Ein Grund dafür ist der asymmetrische und achirale Charakter der Koffeinmoleküle, der zu zwei chiralen Ausrichtungen an der Oberfläche führt. Diese chiralen Ausrichtungen haben einen Einfluss auf die Bildung an der Oberfläche.

Um diese Effekte zu untersuchen, wird die strukturelle Bildung von Koffein-Monoschichten auf einer Au(111)-Oberfläche mittels Rastertunnelmikroskopie (STM), Niederenergie-Elektronenbeugung (LEED), Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Berechnungen analysiert. Die Monoschichten wurden durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) hergestellt und bei verschiedenen Temperaturen untersucht.

Bilder von Koffeinmolekülen auf einer Goldoberfläche, wie sie durch ein Rastertunnelmikroskop aufgenommen werden. Sie rekonstruieren in zwei Domänen. — STM-Bilder der zwei Domänen von Koffeinmolekülen auf einer Au(111)-Oberfläche aus M. Schulte et al., Phys. Rev. B 101, 245414 (2020).

Eine Dichtefunktionaltheorie-Simulation von Koffeinmolekülen auf einer Goldoberfläche. — DFT-Simulation des untersuchten Monolayers aus M. Schulte et al., Phys. Rev. B 101, 245414 (2020).

Theobromin-Monloagen auf Au(111) und Graphen/SiC(0001)

Theobrominmoleküle und verwandte Verbindungen wie Koffein und Theophyllin sind für die Pharmakologie, Toxikologie und Biochemie von Bedeutung. In diesem Bereich ist es von grundlegender Bedeutung, das Entstehen von Chiralität zu untersuchen. Chiralität kann aufgrund von Oberflächenadsorption entstehen. Daher ist es notwendig, die chirale Adsorption von Theobromin an der Oberfläche zu untersuchen.

Wir haben Theobromin-Monolagen auf Au(111) und auf Graphen mit wenigen Schichten auf 6H-SiC(0001) untersucht. Die Selbstorganisation von Theobromin wurde mit STM und LEED charakterisiert.

Wir fanden heraus, dass die Einheitszelle des Adsorbats rechteckig ist und aus vier Molekülen besteht. Theobromin zeigt auf beiden Substraten geometrisch ähnliche Einheitszellen. Auf Au(111) sind die Moleküle prochiral, mit zwei Enantiomeren in einer Zick-Zack-Struktur, die durch Gleitreflexe erklärt wird.