Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

In situ SIMS og IR spektroskopi av godt definerte overflater som er Soft Landing av Mass-utvalgte ioner

Published: June 16, 2014 doi: 10.3791/51344
Automatic Translation
1, 1, 1
1Physical Sciences Division, Pacific Northwest National Laboratory

Summary

Myk landing av masse-valgte ioner mot flatene er en kraftig metode for høyt styrt fremstilling av nye materialer. Sammen med analyse ved in situ sekundær ion massespektrometri (SIMS) og infrarød refleksjon absorpsjon spektroskopi (IRRAS), gir myk landing enestående innsikt i samspillet av veldefinerte arter med overflater.

Abstract

Myk landing av masse-valgte ioner mot flatene er en kraftig metode for høyt styrt fremstilling av materialer som er utilgjengelige ved hjelp av konvensjonelle synteseteknikker. Kopling myk landing med in situ karakterisering ved hjelp av sekundære ion massespektrometri (SIMS) og infrarød refleksjon absorpsjon spektroskopi (IRRAS) muliggjør analyse av veldefinerte flater under rene vakuum. Egenskapene til tre soft-landing instrumenter konstruert i vårt laboratorium er illustrert for det representative systemet for overflate-bundet organometallics utarbeidet av myk landing av masse valgt ruthenium tris (bipyridine) dications, [Ru (BPY) 3] 2 + (BPY = bipyridin) inn karboksylsyre-termin selv-sammensatte monolagsflater på gull (COOH-Sams). In situ time-of-flight (TOF)-SIMS gir innsikt i reaktiviteten av de myk-landet ioner. I tillegg er kinetikken av charge reduksjon, nøytralisering og deabsorpsjon skjer på COOH-SAM både under og etter ion myk landing er studert ved hjelp av in situ Fourier transform ion syklotronen resonans (FT-ICR)-SIMS målinger. In situ IRRAS eksperimenter gi innsikt i hvordan strukturen av organiske ligander rundt metallsentre er opprørt gjennom immobilisering av metallorganiske ioner på COOH-SAM overflater av myk landing. Kollektivt, de tre instrumentene gi utfyllende informasjon om den kjemiske sammensetningen, reaktivitet og struktur av veldefinerte arter støttes på overflater.

Introduction

Myk landing av masse-valgte ioner mot flatene forblir en gjenstand for dagens forskning interesse på grunn av den påviste egenskapene til teknikken for høyt styrt fremstilling av nye materialer 1-6. Nyere forsøk har indikert potensielle fremtidige anvendelser av myk landing av masse-valgte ioner ved fremstilling av peptid-og protein-matriser for anvendelse i high-throughput screening biologisk 7,8, separasjon av proteiner og konformasjonsendring anrikning av peptidene 9-12, kovalent binding av peptider til overflater 9,10,13,14, kiralt berikelse av organiske forbindelser 15, elektrokjemisk karakterisering av spesifikke redoks-aktive proteiner 16-18, produksjon av tynne molekylære filmer 19,20, prosessering av makromolekyler som graphene 21 og utarbeidelse av modell katalysatorsystemene gjennom myk landing av ioniske klynger 22-39, nanopartikler 40-48 og organometallisk complexes på hjelpemidler 19,49-56. Konseptet med å endre overflater gjennom myk landing av polyatomic ioner ble opprinnelig foreslått av Cooks og medarbeidere i 1977 57. I de påfølgende årene er det utviklet et bredt spekter av instrumentale tilnærminger for kontrollert deponering av masse-valgt ioner fra gass- fasen på overflater 1,4,5. Ioner har blitt produsert gjennom prosesser som electro ionisering (ESI) 10,58,59, matrix-assistert laser desorpsjon / ionisering (MALDI) 21, elektron innvirkning ionisering (EI) 60,61, pulsbue utslipp 62, inert gass kondens 36 , 63, magnetron sputtering 64,65, og laser fordamping 25,66,67. Masse utvalg av gass-fase ioner før myk landing er oppnådd primært ansette kvadropol masse filtre 58,68,69, magnetiske nedbøyning enheter 70, og lineære ion felle instrumenter 8,59. En spesielt notaBLE forhånd i ion myk landing metodikk skjedde nylig med en vellykket gjennomføring av omgivelses ion soft-og reaktiv landing av Cooks og medarbeidere 71,72. Ved hjelp av disse ulike ionisering og masse utvalg teknikker, har interaksjoner av hypotermiske (<100 eV) polyatomic ioner med overflater blitt undersøkt for å bedre forstå hvilke faktorer som påvirker effektiviteten av ion myk landing og de konkurrerende prosesser av reaktiv og unreactive spredning som samt overflate indusert dissosiasjon 4,73-75.

Utarbeidelse av veldefinerte modellkatalysatorer for forskningsformål har vært en spesielt fruktbar anvendelse av myk landing av masse valgt ioner 25,34,35,56,76-81. I størrelsesområdet av nanoskala klynger, hvor fysiske og kjemiske oppførsel ikke skalere lineært med klyngestørrelsen har det vist seg at tilsetning eller fjerning av enkle atomer til eller fra klynger kan drastisk påvirke their kjemisk reaktivitet 82-84. Dette nanoskala fenomen, som resulterer fra Quantum nedkomst, ble demonstrert overbevisende av Heiz og medarbeidere 85 for en modell katalysator som består av myke landet klynger av åtte gullatomer (Au ​​8) støttes på en defekt rike MgO overflaten. Flere andre studier har gitt holdepunkter for størrelsen avhengige reaktivitet av klynger støttes på overflater 34,77,86,87. Videre høyoppløselig elektronmikroskopi bilder viser at klynger som inneholder så få som ti 88 og femtifem 89 atomer kan være i stor grad ansvarlig for den overlegne aktiviteten av bulk-syntetisert gullkatalysatorer støttes på jernoksider. Anvendelse av myk landing av masse-valgte ioner, er det mulig å fremstille stabile matriser av størrelsesvalgte grupper og nanopartikler som ikke diffuse og agglomererer til større strukturer på overflaten av bærermaterialer 90-92. Disse tidligere studier indikerer at med kontinuering utvikling, kan myk landing av masse valgt klynger og nanopartikler bli en allsidig teknikk for etablering av svært aktive heterogene katalysatorer som utnytter emergent atferd av et stort antall identiske klynger og nanopartikler i lengre arrays på overflater. Disse ekstremt godt definerte systemer kan anvendes for forskningsformål å forstå hvordan kritiske parametere som cluster størrelse, morfologi, elementær sammensetning og overflatedekning påvirkning katalytisk aktivitet, selektivitet og levetid.

Organometalliske komplekser som vanligvis brukes i løsning-fase som homogene katalysatorer også kan bli immobilisert på overflaten gjennom myk landing av masse-valgte ioner 56,80,81. Feste ioniske metall-ligand komplekser til faste bærere å produsere hybrid organisk-uorganiske materialer er i dag et aktivt forskningsområde i katalyse og overflaterealfagsmiljøene 93. Det overordnede målet er å oppnå høySelektiviteten mot et ønsket produkt av oppløsningen-fase metall-ligand-komplekser og samtidig fremme en lettere separasjon av produkter fra katalysatorer og reaktanter som er igjen i løsningen. På denne måte immobiliserte overflate organometalliske komplekser høste fordelene av både homogene og heterogene katalysatorer. Ved valg av en passende substrat er det mulig å opprettholde eller til og med forbedre den organiske ligand miljøet rundt det aktive metallsenteret samtidig oppnå sterk overflate immobilisering 94.. Selv-montert monolayer overflater (SAMS) på gull kan sies opp med en rekke ulike funksjonelle grupper og er derfor ideelle systemer for å undersøke muligheten for tethering metallorganiske komplekser til overflater gjennom myk landing av masse valgt ioner 95. Videre har ionisering metoder som atmosfæretrykk termisk desorpsjon ionisering (APTDI) blitt vist tidligere for å gi gass-fase blandede metall-uorganiske kompleksersom ikke er tilgjengelige via syntese i løsning 96.. På samme måte, ikke-termokinetisk begrenset syntese og ionisering teknikker som sputtering 65, gass-aggregering 63 og laser fordamping 66 også kan være kombinert med ion myk landing instrumentering for å tilveiebringe en allsidig rute til nye uorganiske klynger og nanopartikler båret på overflater.

For å kunne utvikle seg myk landing av masse-valgte ioner inn i en moden teknologi for fremstilling av materialer, er det viktig at omfattende analytiske metoder være kombinert med myke landing instrumentering for å undersøke de kjemiske og fysiske egenskaper til overflater før, under og etter avsetning av ioner. Til dags dato har et mangfold av teknikker har blitt brukt til dette formålet, inkludert sekundær ion massespektrometri (SIMS) 19,97-100, temperatur programmert desorpsjon og reaksjon 50,52, laser desorpsjon og ionisering en01, pulset molekylær stråle reaksjon 102, infrarød spektroskopi (FTIR og Raman) 98103104, overflate forbedret Raman spek 103105, hulrom ringdown spek 106, x-ray fotoelektron spektroskopi 35107, scanning tunneling mikros 33,108-111, atomic force mikros 112-114, og transmisjonselektronmikros 39. Men for å mest nøyaktig å karakterisere overflater som er modifisert eller ved ione myk landing, er det viktig at analysen utføres in situ uten eksponering av substratet til miljøet i laboratoriet. Tidligere analyser utført in situ har gitt innsikt i fenomener som for eksempel reduksjon av ionisk ansvaret for myke landet ioner over tid 37,38,115,116, desorpsjon av myk landet ioner fra overflater 52, effektiviteten og kinetisk energi avhengighet av ion reaktiv landing 14,81 , og innflytelsen av størrelsenpå den katalytiske aktivitet av klynger og nanopartikler avsatt på overflater 117.. Som eksempel, i vårt laboratorium, vi har systematisk undersøkt ladereduksjonskinetikken av protonert peptider på overflaten av forskjellige Sams 3. Disse forsøk ble utført med en unik myk landing instrument koblet til en Fourier-transform ion syklotron resonans secondary ion mass spektrometer (FT-ICR-SIMS) som muliggjør in situ analyse av flater både under og etter myk landing av ioner 97. Å utvide på disse analytiske evner, ble et annet instrument konstruert som tillater in situ karakterisering av myke landet ioner på overflater ved hjelp IRRAS 104. Denne overflate-sensitive infrarød teknikk muliggjør bindingsdannelse-og destruksjonsprosesser samt konformasjonsendringer i komplekse ioner og overflatelagene som skal overvåkes i sanntid, både under og etter myk landing 12.. For eksempel, ved bruk av IRRAS den vardemonstrert at ion myk landing kan benyttes for kovalent å immobilisere masse valgte peptider på N-hvdroksvsuccinimidvl ester funksjonalisert Sams 13,14.

Heri, illustrerer vi mulighetene til tre unike spesialbygde instrumenter plassert på Pacific Northwest National Laboratory som er designet for in situ TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS, og IRRAS analyse av substrater produsert gjennom myk landing av masse valgt ioner på overflater. Som et representativt system, vi presentere resultater for myk landing av masse valgt organometallisk ruthenium tris (bipyridine) dications [Ru (BPY) 3] 2 + på karboksylsyreterminerte Sams (COOH-Sams) å forberede immobiliserte metallorganiske komplekser. Det er vist at TOF-SIMS in situ tilbyr fordelene ved ekstremt høy sensitivitet og stort samlet dynamisk område som muliggjør identifikasjon av lav overflod arter inkludert reaktive mellomprodukter som bare kan forhåndssendt for korte perioder av gangen på overflatene. TOF-SIMS også gir innsikt i hvordan fjerning av en ligand fra en organometallisk ion i gassfase, forut for myk landing, påvirker dens effektivitet mot immobilisering på overflater, og dens kjemiske reaktivitet overfor gassformede molekyler. Komplementær karakterisering ved hjelp av in situ FT-ICR-SIMS gir innsikt i lade reduksjon, nøytralisering og desorpsjonskinetikk av dobbelt ladede ioner på overflaten, mens in situ IRRAS sonder strukturen av de organiske ligander som omgir de ladede metallsentre, som kan påvirke elektroniske egenskaper og reaktivitet av de immobiliserte ioner. Kollektivt, illustrerer vi hvor myk landing av masse valgt ioner kombinert med in situ analyse av SIMS og IRRAS gir innsikt i samspillet mellom veldefinerte arter og overflater som har implikasjoner for et bredt spekter av vitenskapelige bestrebelser.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

En. Utarbeidelse av COOH-SAM Overflater på gull for Soft Landing av Mass-utvalgte ioner

  1. Innhent flate gull substrater på silisium (Si), eller glimmer støttematerialer. Alternativt kan forberede gullfilmer på Si-eller mica overflater i henhold til prosedyrer beskrevet i litteraturen 118119. Merk: Bruk flater som har følgende spesifikasjoner: 1 cm 2 eller sirkulær og 5 mm i diameter, 525 mikrometer tykt Si-lag, 50 Å tykk Ti heftsjikt, 1000 Å. Au lag.
  2. Plasser ferske gull-på-silisium overflater i glass scintillasjonsbeholdere og fordype seg i ren (ikke-denaturert) etanol.
  3. Plasser scintillasjonsglass inneholdende gull overflater neddykket i etanol i en ultrasonisk renset og vask i 20 minutter for å fjerne eventuell overflate rusk. Merk: Ikke ultralyd vaske gull på glimmer overflater da dette vil ta av gull film fra glimmer bakside.
  4. Fjern vasket gull overflater fra ampuller og tørr med en strøm avrene N 2 for å forhindre dannelsen av eventuelle gjenværende flekker fra etanol.
  5. Plasser de tørkede gull overflater vender opp i en ultrafiolett (UV) renere og bestråles i 20 min for å fjerne overflate organisk materiale.
  6. I glass scintillasjonsglass, forberede 5 ml 1 mM løsninger av 16-mercaptohexadecanoic syre (COOH-SAM) i ikke-denaturert etanol.
  7. Tilsett saltsyre til en endelig konsentrasjon på 1% HCl i etanol for å sikre at protonering av karboksylsyregruppene til molekylene.
  8. Plasser vasket, tørket og UV-renset gull overflater møte opp i COOH-SAM-løsninger som sikrer at hele gullet overflaten er fullstendig oppslukt i hvert hetteglass. Tillat monolagcellene overflater på gull å montere i minst 24 timer i mørket (pakk ampullene i folie).
  9. Fjern overflater fra COOH-SAM-løsninger og plass i nye scintillasjonsbeholdere inneholdende 5 ml 1% HCl i etanol. Ultralyd vaske SAM overflater for 5 min for å fjerne eventuelle physisorbed molekyler frOM-monolaget overflate.
  10. Fjern de vaskede overflater fra ampullene og skyll med flere 1 ml aliquoter av 1% HCl i etanol. Tørk COOH-SAM flater under en strøm av N2.
  11. Bruk rene metall tang og iført hansker plassere en SAM overflaten på én av tre metallprøve mounts som er kompatible med hverandre myk landing instrument tar seg ikke å berøre den fronten vendt gull overflate i prosessen. Kontroller at overflaten er festet tett på plass, og at det er sterkt elektrisk kontakt mellom den bakre side av flaten, og metallprøveholderen.
  12. Ansette last-lock utvalget innføring evner av myke instrumenter landings (hver er litt forskjellig), sikre at porten ventilen skille prøven innføring regionen i instrumentet fra myk landing kammeret er lukket. Ta prøven innføring kammeret opp til atmosfæretrykket ved å slå av turbomolecular vakuumpumpe og ionisering manometer og closing ventilen til foreline mekanisk vakuumpumpe.
  13. Når prøvekammeret når innføringen atmosfærisk trykk åpner prøven døren og feste prøveholderen fast mot manipulatoren (xyz-trinns-eller z-overs) på innsiden av instrumentet. Lukk døren og åpne ventilen til foreline mekanisk vakuumpumpe. Når prøven innføring kammeret når et trykk på 10 -3 Torr, slår på turbomolecular vakuumpumpe og ionisering manometer.
  14. Når prøven innføring kammeret når et trykk på 10 Torr -5, åpner sluseventilen til den myke landing kammeret. Bruk den magnetiske manipulator eller xyz-scenen for å posisjonere SAM overflaten i tråd med ion stråle å begynne myk landing.

2. Soft Landing av Mass valgt Ru (BPY) 3 2 + på COOH-SAM Overflater

  1. Innhent tris (2,2 '-bipyridyl) ruthenium diklor-(II)-hydrat, fast stoff. Løs opp de røde krystaller i ren metanol til create stamløsninger med en konsentrasjon på 10 -3 M. Fortynn de stamløsninger med en faktor på enten 10 eller 100 med metanol for å oppnå optimal electrospray ione strøm av masse-valgte Ru (BPY) 3 2 + m / z = 285.
  2. Laste de fortynnede løsninger i en ml sprøyter av glass. Bruk en sprøytepumpe for å tilføre oppløsningen gjennom en 360 mikrometer ytre diameter 80 mikrometer indre diameter smeltet silika kapillær som er forspent mellom 2-3 kV for å generere positive ioner. Juster sprøytepumpen strømningshastighet mellom 20 til 40 pl / t for å oppnå optimal ion strøm og stabilitet ved overflaten.
  3. Juster kvadrupol massefilteret i massen av Ru (BPY) 3 2 + ion m / z = 285 for å hindre myk landing av annet enn Ru (BPY) 3 2 + arter på overflaten. Ved hjelp av en høyohmig elektrometer koblet til substratet via et vakuum elektriske gjennomførings, justerer spenningsinnstillinger av de ion-optikk ogradiofrekvens ion guider for å maksimere ion nåværende og stabilitet av Ru (BPY) 3 2 + målt ved SAM overflaten. Tillat eksperimentet for å løpe i en valgt tidsperiode for å oppnå den ønskede dekning av ioner på overflaten av COOH-SAM.
  4. Øke potensialet gradient i høytrykks kollisjon kvadrupole regionen i den myke land instrumenter for å skape de tøffe forholdene som gjør at gass-fase ligand stripping fra organometallisk ion gjennom kollisjon indusert dissosiasjon. Obs. Undersøk skjematisk diagram over en av de tre myke landings instrumenter, som også er representative for den tidlige fasen av de to andre instrumenter, som er presentert i figur 1. Det fragmentering av Ru (BPY) 3 2 + ion oppstår i region 4. Øk spenning på bakplaten til elektro ion trakt for å fjerne ett bipyridine ligand fra Ru (BPY) 3 2 + m / z = 285 produserende gass-fase Ru (BPY) 2 2 + m / z = 207 i region 4 av instrumentet 81. Masse velge svært reaktive undercoordinated fragment ion ved hjelp av kvadrupol massefilteret i området 6 av instrumentet og bløt jord på COOH-SAM flater for å undersøke hvordan graden av ligering påvirker egenskapene til støttede organometalliske ioner.
  5. Juster de omkringliggende ion optikk, inkludert DC spenninger anvendt på kvadropol stenger samt konduktans grensen for å maksimere gjeldende av masse valgt Ru (BPY) 2 2 + fragment ioner på overflaten.

Tre. Analyse av In Situ TOF-SIMS Før og etter eksponering for reaktive gasser

  1. Slå av sprøytepumpen og høy spenning til ESI emitter. Åpne sluseventil som skiller de to deler av apparatet under drift. Bruk magnetisk manipulatoren for å bevege den preparerte overflaten fra det myke landingskammeret til analysetrinn inneden TOF-SIMS del av instrumentet.
  2. Løsne manipulator fra prøven og trekke den helt fra SIMS analyse kammeret. Lukke sluseventilen mellom den myke landing og SIMS deler av apparatet, fordi det TOF-SIMS opererer ved et mye lavere trykk enn den myke landing region av instrumentet.
  3. For å gjennomføre TOF-SIMS eksperiment, legger instrumentet kontrollfilen i programvaren, og sikre at Ga + kilden er å produsere en tilstrekkelig stabil strøm av primære ioner. Merk: Ansett 15 keV primære gallium ioner (Ga +, 500 PA, 5 nsec pulsbredde, 10 kHz repetisjon rente) for å indusere desorpsjon av myk landet materiale fra overflatene. Ekstraher sekundære ioner kastet ut fra overflaten inn i massen analysator, som består av tre separate elektro sektorer.
  4. Innhente x-og y-akse linjeprofiler over overflaten for å bestemme sentrum av det avsatte flekk av ioner på substratet (vanligvis på midten av overflaten ennd 3 mm i diameter). Plasser overflaten slik at Ga + ion primære stråle er innfallende på midten av det avsatte flekk av ioner. Skaff et TOF-SIMS masse spektrum for 5 min.
  5. Slå av primære Ga + ion stråle og høye spenninger på TOF-SIMS. Bruk magnetisk manipulatoren for å bevege prøven tilbake inn i den myke landing del av instrumentet. Sørg for at porten ventil som skiller de to kamrene er lukket før du fortsetter videre.
  6. Bruk en høy-vakuumlekkasjeventilen på den myke landing kammer for å introdusere en styrt strøm av ultrahøy renhet oksygen (O2) gass fra en sylinder inn i instrumentet. Bruk regulerbar sluseventil foran turbomolecular vakuumpumpe for å strupe pumpehastigheten på pumpen for å oppnå en steady-state trykk på 10 Torr -4 O 2 inne i myk landing kammeret.
  7. Etter eksponering av overflaten til O 2 i 30 min lukke lekkasjeventilen ved å åpne sluseventilen over the turbomolecular vakuumpumpe og tillater de resterende O 2 for å pumpe vekk. Etter at trykket i kammeret er redusert ved å åpne sluseventilen til SIMS del av instrumentet og bruke den magnetiske manipulator for å plassere overflaten på analysen plattform for en andre runde med TOF-SIMS analyse.
  8. Etter at det oppnås den andre TOF-SIMS spektrum slik det er beskrevet i avsnitt 3.3 til 3.4 ved å åpne sluseventilen, og plassere overflaten tilbake i den myke landing kammeret for eksponering mot 10 -4 Torr for C 2 H 4 i 30 min. Utfør en SIMS-analyse på nytt som beskrevet ovenfor.

4. Analyse av In Situ FT-ICR-SIMS under og etter Soft Landing

  1. Klargjør SAM flater for forsøk med in situ FT-ICR-SIMS instrument på en måte lik den som er beskrevet i avsnitt 1, men den sirkulære substrater 5 mm i diameter. Merk: Bruk underlag som er laserkuttet fra en gullbelagt silisium wafer (5 nm kromheftsjiktet og 100 nm av polykrystallinsk damp-avsatt gull). Vær oppmerksom på at den mest bemerkelsesverdige forskjell er at i FT-ICR-SIMS instrument overflaten er plassert inne i boringen av en superledende magnet. Tilstedeværelsen av magneten nødvendiggjør at overflatene være plassert ved enden av en 5 ft manuell z-oversetter for å gjøre dem i stand til å bli posisjonert på en sikker og justerbart på den bakre plate av ICR cellen.
  2. Ved hjelp av den lastlåse grensesnitt, posisjonere en sirkulær SAM flate ved den bakre overtrykk plate av ICR celle plassert på innsiden av de 6 Tesla magnet. Merk: Vær oppmerksom på at dette instrumentet er en spesialdesignet 6-Tesla FT-ICR massespektrometer konfigurert for å studere ion-overflaten interaksjoner 97120.
  3. Betjen ion mykt parti av FT-ICR-SIMS instrumentet på en måte lik den som er beskrevet i avsnitt 2.
  4. Bruk en cesium ionekilde for å skape en kontinuerlig stråle av 8 kV Cs + primære ioner for å frese flaten under ennd etter ion myk landing.
  5. Utnytte ESI kilde plassert ved 90 ° mot hovedinstrumentet aksen for å generere ioner for myk landing. Fokuser ionene gjennom en 90 ° bøying kvadrupole 120. Merk: Vær oppmerksom på dette instrument geometri letter samtidig myk landing av Ru (BPY) 3 2 + og overføring av den primære Cs + ion strålen til overflaten og dermed muliggjør overvåking av det myke landingsprosessen både under og etter ion deponering.
  6. Trap og analysere de sekundære ioner slynges ut fra overflaten ved hjelp av FT-ICR-MS. Merk: Ansett statiske SIMS betingelser tilsvarende en total ion flux på ca 10 10 ioner / cm 2 (nåværende 4 Na, varighet 80 usekunder, spot diameter 4,6 mm, 10 bilder per spektrum, ~ 200 datapunkter) for disse eksperimentene som varer ca 7 timer. Gjennomsnittlig hver SIMS spektrum over 10 skudd som tilsvarer en oppkjøpstidspunktet ~ 10 sek.
  7. Acquire Kinetics data ved prøvetaking SAM surface hvert 4 min i ca 7 timer under og etter ion deponering.
  8. Utfør datainnsamling og instrumentkontroll ved hjelp av en automatisert moduldatastyresystemet som er beskrevet i litteraturen 121..

5. Analyse av In Situ IRRAS under og etter Soft Landing

  1. Klargjør SAM flater for forsøk med in situ IRRAS instrumentet på en måte lik den som er beskrevet i avsnitt 1 Obs. Merke til at den største forskjell med IRRAS instrument resultatene fra den nøyaktige posisjoneringen av overflaten med z-oversetter som er nødvendig for å lokalisere underlaget på det sentrale punktet i den parabolske speil og i tråd med den strålen av ioner. Maksimere overlappingen mellom den infrarøde strålen og punktet i sedimenterte ioner på overflaten.
  2. Gjennomføre de IRRAS eksperimenter i et beite-forekomst geometri ansette en FTIR spektrometer utstyrt med en flytende nitrogen avkjølt kvikksølv-kadmium-Telluride (MCT) Detektor.
  3. Bruk en gull-belagt flatt speil for å rette lyset avslutter FTIR spektrometer på en parabolsk gull speil. Reflektere lyset fra den parabolske speilet gjennom en mid-infrarødt ledning grid polarisasjonsfilter og inn i vakuumkammeret gjennom et visningsfelt.
  4. Direkte det infrarøde lys fra spektrometer på COOH-SAM overflate plassert inne i vakuumkammeret. Merk: vakuumkammeret holdes ved et trykk på 10 Torr ved -5 ion myk landing.
  5. Plasser den reflekterende SAM på gull overflate inne i vakuumkammeret på det sentrale punktet i den første parabolske speil bruke motordrevet z-oversetter.
  6. Nødvendigvis IR-lys som kommer inn i vakuumkammeret fra overflaten av SAM og ut av kammeret gjennom en andre visningsfelt. Bruk en annen parabolsk speil gull for å fokusere det reflekterte lys fra overflaten på en MCT-detektor.
  7. Purge banen til IR-strålen utsiden av vakuumkammeret med N2.
  8. Ackoret spektra på angitte tidspunkter i løpet av deponering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

En. Gransker Reaktivitet av Ru (BPY) 3 2 + på COOH-Sams bruker i situ TOF-SIMS

Myk landing av masse-valgt metallorganiske ioner inn funksjonalisert Sams først blir illustrert ved hjelp av in situ-TOF-SIMS å gi maksimal følsomhet overfor påvisning av addukter dannet mellom det deponerte ioner og de ​​enkelte molekyler i monolag samt eventuelle produkter av kjemiske reaksjoner etter eksponering av overflatene til reaktive gasser. Den dobbelt ladet Ru (BPY) 3 2 + ion stammer fra oppløsning og dissosiasjon av fast fase-tris (2,2 '-bipyridyl) dichlororuthenium (II)-krystaller i metanol. Det Ru (BPY) 3 2 + m / z = 285 indikasjon valgt for de representative myke landingsforsøk som her er beskrevet er den mest rikelig ion genereres fra electrospray ionisering av løsningen. Undercoordinated Ru (BPY) 2 2 + ions er utarbeidet av fragmentering av en bipyridine ligand fra hver fullt ligerte Ru (BPY) 3 2 + ion. Dette er indusert av gassfasekollisjons-indusert-dissosiasjon i det første kvadrupol-regionen i den myke landing instrument er vist skjematisk i figur 1.. An ion strøm på rundt 100 Pa og 60 pA er rettet mot den COOH-SAM overflater for 30 og 45 min for Ru (BPY) 3 2 + og Ru (BPY) 2 2 +, henholdsvis svarende til en total levering av 5 x 10 11 masse-valgte ioner mot en sirkulær flekk ca 3 mm i diameter. Den kinetiske energi av de ioner som nærmer seg overflaten blir bestemt ved å justere de potensialer som brukes på den andre kollisjon kvadrupol (se figur 1) og overflaten. Den kinetiske energien er satt til omkring 10 eV per kostnad for alle de myke landings eksperimenter utført ved bruk av in situ TOF-SIMS apparat.

Etter myk landing av 5 x10 11 intakt Ru (BPY) 3 2 +-ioner på overflaten av den COOH-SAM, en rekke nye topper som ikke er til stede før deponering blir fremtredende i TOF-SIMS spektra. Isotop-konvolutter som tilsvarer intakt dobbelt belastet Ru (BPY) 3 2 + m / z = 285 og enkeltvis belastet Ru (BPY) 3 + m / z = 570 er observert etter myk landing av Ru (BPY) 3 2 + på COOH- SAM overflaten. Den relative mengde av disse artene antyder at reduksjon av den ioniske charge av Ru (BPY) 3 2 + til Ru (BPY) 3 + foregår raskt på overflaten av COOH-SAM. En annen isotop-konvolutten er tilstede ved m / z = 414 som svarer til den fragment Ru (BPY) 2 +. Dette enkeltvis ladet ion, som resultater fra tap av ett bipyridine ligand fra enkeltvis belastet Ru (BPY) 3 +, er trolig dannet gjennom dissosiasjon av Ru (BPY) 3+ Under analysen av TOF-SIMS. I kontrast, fikk TOF-SIMS spektrum følgende myk landing av fragment Ru (BPY) 2 2 + mangler noen av de karakteristiske toppene knyttet til intakt kompleks (dvs. Ru (BPY) 3 2 + eller Ru (BPY) 3 +) . Viktigst, en topp som svarer til en Ru (BPY) 2-thiol + addukt ved m / z = 700 observert noe som tyder på meget sterk binding mellom det undercoordinated ion, og monolaget overflate. De topper tilsvarende denne arten er kjennetegnet fremtredende i figur 2a.

Etter myk landing, er COOH-SAM-flater utsettes for kontrollert trykk for enten O eller 2 C 2 H 4 i deponering region av apparatet for å undersøke den kjemiske reaktivitet av de immobiliserte metallorganiske komplekser. Etter gass-eksponeringen, blir overflatene analysert igjen ved in situ-TOF-SIMS.Presentert i figur 2b og 2c er in situ TOF-SIMS spektra innhentet direkte etter eksponering av COOH-SAM overflater inneholder myk landet Ru (BPY) 3 2 + og Ru (BPY) 2 2 +-ioner til O 2 og C 2 H 4. Som omtalt i forrige avsnitt, følgende myk landing av Ru (BPY) 2/3 2 + på COOH-SAM overflater en isotop fordeling tilsvarende en elektro addukt dannet mellom ioner og overflatemolekyler er observert. Etter eksponering av overflaten til 10 -4 Torr i O 2 i 30 minutter på TOF-SIMS-spektra viser at det er en tydelig reduksjon i den mengde av adduktet topp ved m / z = 700 ledsaget av en samtidig økning i den store to nye isotop-konvolutter sentrert ved m / z = 716,2 og 732,2. Disse toppene er konsistent med tillegg av atom (O) og molekylær (O 2) oksygentil den organometalliske overflaten addukt, respektivt. Dessuten, synes dette addukt som skal oksyderes med nær 50% omdannelseseffektiviteten. Etter eksponering i O 2 og analyse av in situ TOF-SIMS flatene er plassert tilbake i den myke landing region av apparatet og utsatt for 10 -4 Torr for C 2 H 4 i 30 min. Etter den andre gasseksponering på overflaten overføres igjen til SIMS region av instrumentet for en annen runde av analysen. Inspeksjon av TOF-SIMS-spektrum etter eksponering for C 2 H 4 indikerer en reduksjon i den relative mengde av de enkeltvis oksydert organometalliske addukt ved m / z = 716. Denne observasjon er i samsvar med deoksygenering av den immobiliserte organometalliske komplekset ved eksponering for C 2 H 4. Dette er antatt å resultere i dannelsen av oksydert hydrokarbon (C 2 H 4 O), som blir gitt ut til gass-fasen. Derfor through en kombinasjon av myk landing av masse utvalgte ioner og analyse av in-situ-TOF-SIMS er det mulig å selektivt isolere metallorganiske forbindelser på overflatene, og å undersøke deres reaktivitet overfor gassformede molekyler. I tillegg kan virkemåten til undercoordinated ioner som ikke er tilgjengelige i oppløsningen undersøkes. En ordning som beskriver det som er oppnådd for representative system gjennom en kombinasjon av ione myk landing og analyse av in-situ-TOF-SIMS er presentert i figur 3..

2. Studerer Charge Bevaring av Ru (BPY) 3 2 + på COOH-Sams bruker i situ FT-ICR-SIMS

Soft-landing av masse-valgte ioner utføres også anvendelse av en andre instrument som muliggjør analyse av de overflater ved in situ FT-ICR-SIMS. Denne komplementære tilnærming, som muliggjør SIMS analyse av overflatene både under og etter myk landing av ioner, er i stand til å gi insight i kinetikken av charge reduksjon og nøytralisering samt desorpsjon av ioner avsettes på overflater 115. Det er et spesielt kraftig teknikk fordi den relative overflod av forskjellige ioniske ladetilstander på overflaten kan overvåkes over perioder på flere timer. Representative resultater for Ru (BPY) 3 2 + myk landet på en COOH-SAM overflaten er presentert i figur 4. Under myk landing dobbelt belastet Ru (BPY) 3 2 + ion utstillinger en lineær økning i overflod på COOH-SAM overflaten . Den målte mengde når et maksimum ved slutten av myk landing, og er etterfulgt av en forlenget platå på COOH-SAM overflate. Dette indikerer at COOH-SAM overflaten er spesielt effektiv på å bevare den ioniske ladetilstand intakte ioner følgende myk landing. Den enkeltvis ladet Ru (BPY) 3 + ion også viser en lineær økning i mengde med hensyn på tid under myk landing . Ved slutten av myk landing imidlertid enkeltvis ladet ion avtar i overflod. Overflod av enkeltvis belastet fragment ion som følge av tap av ett bipyridine ligand fra Ru (BPY) 3 + forming Ru (BPY) 2 + er også vist i Figur 4. viser Dette ion en lineær økning i overflod under myk landing etterfulgt av en nedgang i overflod på COOH-SAM etter avsluttet deponering. Fordi bindingsenergien av ioner til overflaten øker med ladestatus, er det rimelig å anta at enkeltvis ladede ioner gjennomgå mer lettvinte desorpsjon fra overflaten i forhold til dobbelt ladde ioner, noe som er konsistent med den raskere tap av enkeltvis ladede ioner observert i denne studien. Myk landing kombinert med in situ FT-ICR-SIMS er derfor en kraftfull teknikk for å undersøke prosesser som for eksempel reduksjon av kostnad, nøytralisering og desorpsjon av ioner avsettes på overflatene.

ove_title "> 3. sondering strukturelle trekk ved Ru (BPY) 3 2 + på COOH-Sams Syssels In Situ IRRAS

Den tredje instrument som brukes for å karakterisere myk-landes ioner er i stand til å skaffe vibrasjonsspektra av Ru (BPY) 3 2 +-ioner på den COOH-Sams, i tillegg til å detektere endringer i den kjemisk modifiserte overflate på grunn av ion-overflaten interaksjoner. Dette instrumentet er spesielt kraftig fordi den måler endringer i de vibrasjon funksjonene i overflaten både under og etter myk landing. Derfor kan en mengde strukturell informasjon om myk inntaks ionene oppnås ved hjelp av dette instrument, forutsatt at sub-monolags nivåer av ioner er avsatt, og at overgangen dipol momentene av den myke landes ioner er innrettet positivt, og har tilstrekkelig intensitet til å interagere med den polarisert IR fotoner som faller inn på overflaten.

Den infrarøde spekteret oppnådd følgende myk Landing av 5 x 10 12 Ru (BPY) 3 2 +-ioner bort på COOH-SAM overflate er presentert i figur 5.. Vi noterer at fordi IR-spekteret av den nakne COOH-SAM ble brukt som bakgrunnsspektrum, observerte egenskapene følgende ion deponering stammer utelukkende fra de vibrasjon moduser av de myke landet ioner. Ni vibrasjonsfunksjoner blir merket med en stjerne i IR-spekteret som unike spektroskopiske signaturer av Ru (BPY) 3 2 +. Disse IR funksjoner er i god overensstemmelse med tidligere tildelte verdier for denne organometallisk ion 122123. Ut av de observerte vibrasjonsfrekvenser, CC stretching (1606, 1570, 1042 cm -1) og CCH bøying (1466, 1450, 1420, 1257, 1186 cm -1) band samt IR signatur av en CN strekning på 1549 cm -1 er tildelt som unike funksjonene til den molekylære strukturen av Ru (BPY) 3 2 +. Når gjennomfører ionmyke landingsforsøk, er det ønskelig å karakterisere overflaten ved hjelp av spektroskopi teknikker for å bekrefte identiteten til de artene avsatt og å få innsikt i mulige endringer i struktur som kan følge av ion-overflaten interaksjoner. For dette formål, IRRAS in situ myk landing instrument viser seg å være en verdifull ressurs som bidrar til den bredere informasjon samlet om systemet av interesse ved hjelp av TOF og FT-ICR-SIMS.

Figur 1
. Figur 1. Skjematisk illustrasjon av ione avsetning instrument koblet til TOF-SIMS: I, ion strakt region (7 x 10 -1 Torr). II, kollisjon kvadrupol region (1 x 10 -1 Torr). III, masse seleksjon og fokusering region (2 x 10 -4 Torr). IV, deponering region (1 x 10 -6 Torr). (1) oppvarmet kapillar, (2) elektro ion trakt, (3) første konduktans grense, (4) første kollisjon kvadrupol, (5) andre konduktans grense, (6) å løse kvadrupol, (7) 2 fokuseringslinser, (8) andre kollisjon kvadrupole, (9) tredje konduktans grense, (10) Einzel objektiv, (11) kvadrupol bender, (12) to Einzel objektiver, (13) target plattform, (14) overflatemontering, (15) magnetiske oversettere. Dette tallet har blitt forandret fra [Analytical Chemistry 2010, 82 (13), 5718-5727]. Klikk her for å se større bilde .

Fig. 2
Figur 2. TOF-SIMS spektra (m / z 690-740). Fått en) etter mass-merket avleiring av Ru (BPY) 2 2 + (svart) og Ru (BPY) 3 2 + (rød) på overflaten av COOH-SAM, b) etter eksponering for O 2, og c) etter eksponering for C 2H 4. Dette tallet har blitt forandret fra [Kjemi-A European Journal 2010, 16 (48), 14433-14438]. Klikk her for å se større bilde .

Figur 3
Figur 3. Skjematisk fremstilling av immobilisering av Ru (BPY) 2 2 + på COOH-SAM overflater gjennom gass-fase ligand stripping og myk landing av masse valgt ioner. Dette tallet har blitt forandret fra [Kjemi-A European Journal 2010, 16 (48), 14433-14438]. Klikk her for å se større bilde .

Figur 4
Figur 4. FT-ICR SIMS kinetiske tomter. Innhentet for Ru (BPY) 3 2 + (m / z = 285, svarte firkanter), Ru (BPY) 3 + (m / z = 570, blå trekanter) og Ru (BPY ) 2 + (m / z = 414, røde prikker) etter myk landing av Ru (BPY) 3 2 + på en COOH-SAM overflaten. Klikk her for å se større bilde .

Figur 5 Figur 5. IRRAS spektrum av ~ 5 x 10 12 Ru (BPY) 3 2 +-ioner myk landet på overflaten av en COOH-SAM. De store vibrasjons funksjoner som er tilordnet Ru (BPY) 3 2 + er merket med en asterisk. klikk her for å se større bilde .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Myk landing av masse valgt ioner er generelt utført ansette unike spesialbygde instrumenter som finnes i flere laboratorier rundt om i verden som er spesielt utstyrt for disse eksperimentene. Modifikasjoner blir stadig gjort til disse instrumentene for å lette ioniseringen av et bredere spekter av forbindelser, for å oppnå større ion strømmer og kortere deponering ganger, for å multiplekse myk landing og dermed oppnå samtidig avsetning av flere arter på forskjellige steder på overflaten, og til å tillate mer nøyaktig valg av ioner av både masse-til-charge-forhold, og ion mobilitet før utfellingen. På lignende måte blir et stadig skiftende utvalg av karakteriseringsteknikker blir kombinert med ion myk landing instrumentering for å muliggjøre in situ analyse av avsatt materiale. Til tross for disse forskjeller mellom individuelle instrumenter, er en av de vanligste problemer som oppstår i myke landingsforsøk er den manglende evne til årute en tilstrekkelig sterk og stabil stråle av masse valgte ioner fra kildeområdet av instrumentet til overflaten. Dette kan skyldes dårlig virkningsgrad ionisering ved kilden, feiljustering spenninger som styrer ionene gjennom instrumentet, og dårlig elektrisk kontakt mellom overflaten og den elektrometer benyttet for å måle strømmen av myke inntaks ioner. I slike vanskelige situasjoner kan ionestråle føres gjennom apparatet manuelt ved først å maksimere ion strøm målt på det tidligste trinn av apparatet og deretter systematisk å optimalisere den nåværende målt på hvert påfølgende optisk langs den totale strålebanen. Vanlige problemer som oppstår under in situ analyse av myke landet materialer omfatter store bakgrunnssignaler fra miljøgifter molekyler som adventivskudd hydrokarboner. Av denne grunn er det viktig at de flater er forberedt nøye og reproduserbart før hver myk landing eksperiment.

Såft landing av masse-valgte ioner kan anvendes for fremstilling av meget veldefinerte overflater for etterfølgende analyse ved in situ SIMS og IRRAS spektroskopi, så vel som en rekke andre tilgjengelige ex situ mikroskopi-og spektroskopiteknikker 6. Mass utvalg gir presis kontroll over den molekylære sammensetningen og ionisk ladetilstand myke landet materialer. Videre er enestående overflate av rommet kan oppnås med ion myk landing, fordi vanlige forurensninger som nøytrale molekyler, motioner og oppløsningsmiddel som er tilstede i løsningen, fjernes fra ionestråle før utfellingen, slik at bare de masse valgte ioner leveres til underlaget i henhold sterile vakuum. Dekningen av ioner på overflaten kan kontrolleres nøye ved å overvåke den aktuelle myke inntaks ioner og å variere lengden av avleiring deretter. Den kinetiske energi av de ioner kan bli redusert for å oppnå myke landingsforhold eller økes for å fremme reaksjonsive landing gjennom kovalente bindingsdannelse 14 eller "låsing" av ioner i overflaten 22.

In situ TOF-SIMS, sammenlignet med den andre FT-ICR-SIMS teknikk, er generelt karakterisert av større følsomhet og større dynamisk område, mindre fragmentering av freste sekundære ioner, og færre reaksjoner av freste materiale i skyen av sekundære ioner. Jo større dynamisk område og høyere følsomhet av TOF-SIMS muliggjøre deteksjon av lav-overflod arter som produseres ved ione myk landing på overflater. Ved hjelp av in situ TOF-SIMS det er mulig å identifisere addukter som dannes mellom myke inntaks ioner og individuelle molekyler på monolagsflater. I tillegg, i situ TOF-SIMS illustrerer at undercoordinated ioner fremstilt ved gassfase-kollisjon indusert dissosiasjon kan være mer aktive mot overflaten immobilisering enn fullstendig ligert ioner. Det bør bemerkes at disse undercoordinated metallioner ikke eksisterer i the løsning fase, og derfor representerer nye arter utarbeidet ved hjelp av egenskapene til myk landing instrumentering og identifisert ved hjelp av TOF-SIMS. Et annet kraftig evne til in situ TOF-SIMS instrument er evnen til å eksponere overflatene til kontrollerte presset av reaktive gasser, og deretter analysere endringer i overflatesammensetningen uten å bryte vakuumet.

In situ FT-ICR-SIMS, mens generelt mindre følsom og utsatt for noe høyere utbytter av fragmentioner og produkter av gassfase ion-molekyl reaksjoner enn TOF-SIMS, og har den ytterligere evne til å være i stand til å overvåke sammensetningen av overflaten både under og etter myk landing over en periode på flere timer. Denne informasjonen er kritisk for å forstå prosesser slik som reduksjon av omkostninger og desorpsjon av ioner fra overflaten. For eksempel har dette instrumentet er brukt tidligere for å overvåke redoks-kjemi som finner sted mellom to forskjellige ionenemyk landet på samme Sams 80. I tillegg charge reduksjon og desorpsjonskinetikk av multiplisere protonerte peptid ioner har også blitt studert ved hjelp av dette instrument, og dataene ble anvendt for å produsere en kinetisk modell som beskriver utviklingen av forskjellige ladede arter på overflatene av Sams over tid.

Syssels in situ IRRAS, kan strukturell informasjon om myke landet ioner på overflater oppnås for å verifisere at ionene beholde sin integritet under deponering prosessen. Dette oppnås ved å sammenlikne den målte infrarøde spektra av ioner på overflater med tidligere spektra oppnådd ved infrarød spektroskopi i gassfase og løsningsfase, samt IR-spektra beregnet ved hjelp av teoretiske modeller. Ved å sammenlikne denne kjente strukturell informasjon med de målte vibrasjons trekk ved de deponerte prøver, kan endringer i gassfasestrukturer bli identifisert. I tillegg kan innsikt i ione-overflate interaksjoner være likecertained fra observasjon av vibrasjons funksjoner som øker i intensitet i løpet av myk landing. En slik observasjon er i samsvar med dannelsen av nye bånd ved overflaten. På samme måte, kan vibrasjon funksjoner som reduserer under myk landing prosessen være en indikasjon på obligasjonsbrytende reaksjoner.

Den kontrollerte utarbeidelse av høyrent tynne filmer på overflater er nødvendig for en rekke anvendelser innen materialvitenskap og microfabrication 124. For tiden, er en populær metode for fremstilling av tynne filmer og organiske hybrid organisk-uorganisk grensesnitt molekylært lag avsetning (MLD) som avhenger selv-begrensende grenseflatereaksjoner som forekommer mellom molekyler og overflater 125126. MLD muliggjør en stor del av kontroll over deponeringsprosessen og derfor produserer generelt høyere kvalitet filmer på overflater enn løsningsfasemetoder 127. Ikke desto mindre, til tross for den utbredte commercial bruk av MLD, er denne teknikken kjent for å lide av flere viktige begrensninger som er gjennomgått i en fersk publikasjon 128. Det viktigste er, på grunn av det faktum at MLD er avhengig av avsetning av nøytrale molekyler fra gassfasen er det begrenset til termisk stabile reaktanter som har tilstrekkelig damptrykk til å gi effektiv avsetning priser uten å forårsake termisk nedbrytning av forbindelsen. En annen begrensning av MLD stammer fra det faktum at reaktiviteten av molekyler med faste bærere kan bli betydelig redusert i fravær av løsningsmiddel. Myk landing av masse valgt ioner på overflater overvinner disse store begrensninger av MLD. For det første kan skånsom ionisering ansette electro produsere ioner av større termisk labile molekyler som har meget lav flyktighet uten å indusere fragmentering eller nedbrytning. I tillegg kan det ikke-termiske ionekilder brukes til å generere en rekke homogene eller heterogene klynger og nanopartikler som ikke er utsatt for thermal fordampning. Videre kan ioner akselereres før deponering i den kinetiske energien som er nødvendig for å overvinne eventuelle hindringer i forbindelse med grenseflatereaksjoner.

Myk landing av masse valgt ioner er spesielt godt egnet til den kontrollerte immobilisering av komplekse molekyler, klynger, og nanopartikler på substrater. Imidlertid er kommersiell-skala fremstilling av materialer med denne teknikken begrenset på grunn av det faktum at de typiske ion strømmer oppnådd med ESI er flere størrelsesordener lavere enn de som for tiden benyttes i eksisterende mikro-og nanofabrication metoder. Den videre utviklingen av lyse høy overførings ESI kilder 129-131, høy effekt og rask repetisjon rente pulserende laser kilder 25132 og kontinuerlig kilder basert på DC og RF magnetron sputtering 43,65,133-135 er en avgjørende forutsetning for overgangen myk landing fra et kraftig verktøy i grunnleggende vitenskap til en praktisk tilnærmingfor microfabrication. I fremtiden vil kombinere myk landing med ion mobilitet separasjon 113 lette nøyaktig kontroll av både den primære og den sekundære struktur av komplekse ioner, noe som er viktig både for praktiske anvendelser, så vel som for å undersøke effekten av forskjellige overflater på den sekundære struktur av immobilisert ioner. Videre vil de unike egenskapene til myke landings instrumentering brukes til å manipulere molekyler i gassfase, enten gjennom collisional fragmentering eller ione-molekyl reaksjoner, for å generere nye arter som ikke er oppnåelig ved syntese i løsning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingenting å avsløre.

Acknowledgments

Denne forskningen ble finansiert av Office of Basic Energy Sciences, Division of Chemical Sciences, Geofag og biovitenskap av US Department of Energy (DOE). GEJ erkjenner støtte fra Linus Pauling Fellowship og Laboratory Regi Research and Development Program ved Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Dette arbeidet ble utført ved hjelp EMSL, en nasjonal vitenskapelig bruker anlegget sponset av Department of Energy Office of Biological and Environmental Research og ligger på PNNL. PNNL drives av Battelle for det amerikanske DOE.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Gold on Silicon Substrates 1 cm2 Platypus Technologies Au.1000.SL1custom  
Gold on Silicon Substrates 4.8 mm diameter circular SPI Supplies 4176GSW-AB  
Glass Scintillation Vials Fisher Scientific 03-337-14  
Non-denatured Ethanol Sigma-Aldrich 459836-1L  
Ultraviolet Cleaner Boekel Scientific  
16-Mercaptohexadecanoic Acid Sigma-Aldrich 448303-5G  
Hydrochloric Acid Sigma-Aldrich 320331-500ML  
Aluminum Foil Sigma-Aldrich Z185140-1EA  
Metal Forceps/Tweezers Wiha 49185  
Nitrile Gloves Fisher Scientific S66383  
Tris(2,2′-bipyridine)dichlororuthenium(II) hexahydrate Sigma-Aldrich 224758-1G  
Methanol Sigma-Aldrich 322415-1L  
1 ml Gas Tight Glass Syringe Hamilton  
Syringe Pump KD Scientific 100  
360 μm ID Fused Silica Capillary Polymicro Technologies TSP075375  
High Resistance Electrometer Keithley 6517A  
Commercial TOF-SIMS Instrument Physical Electronics TRIFT  
Ultra High Purity Oxygen Matheson G1979175  
Research Purity Ethylene Matheson G2250178  
Cesium Ion Source Heat Wave Labs 101502  
Commercial FTIR Spectrometer Bruker Vertex 70  

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gologan, B., Green, J. R., Alvarez, J., Laskin, J., Cooks, R. G. Ion/surface reactions and ion soft-landing. Physical Chemistry Chemical Physics. 7, 1490-1500 (2005).
  2. Perez, A., et al. Functional nanostructures from clusters. Int J Nanotechnol. 7, 523-574 (2010).
  3. Laskin, J., Wang, P., Hadjar, O. Soft-landing of peptide ions onto self-assembled monolayer surfaces: an overview. Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 1079-1090 (2008).
  4. Cyriac, J., Pradeep, T., Kang, H., Souda, R., Cooks, R. G. Low-Energy Ionic Collisions at Molecular Solids. Chem Rev. 112, 5356-5411 (2012).
  5. Verbeck, G., Hoffmann, W., Walton, B. Soft-landing preparative mass spectrometry. Analyst. 137, 4393-4407 (2012).
  6. Johnson, G. E., Hu, Q. C., Laskin, J. Soft Landing of Complex Molecules on Surfaces. Annu Rev Anal Chem. 4, 83-104 (2011).
  7. Ouyang, Z., et al. Preparing protein microarrays by soft-landing of mass-selected ions. Science. 301, 1351-1354 (2003).
  8. Blake, T. A., et al. Preparative linear ion trap mass spectrometer for separation and collection of purified proteins and peptides in arrays using ion soft landing. Anal Chem. 76, 6293-6305 (2004).
  9. Blacken, G. R., Volny, M., Vaisar, T., Sadilek, M., Turecek, F. In situ enrichment of phosphopeptides on MALDI plates functionalized by reactive landing of zirconium(IV)-n-propoxide ions. Anal Chem. 79, 5449-5456 (2007).
  10. Blacken, G. R., et al. Reactive Landing of Gas-Phase Ions as a Tool for the Fabrication of Metal Oxide Surfaces for In Situ Phosphopeptide Enrichment. J Am Soc Mass Spectr. 20, 915-926 (2009).
  11. Wang, P., Laskin, J. Helical peptide arrays on self-assembled monolayer surfaces through soft and reactive landing of mass-selected ions. Angew Chem Int Edit. 47, 6678-6680 (2008).
  12. Hu, Q. C., Wang, P., Laskin, J. Effect of the surface on the secondary structure of soft landed peptide ions. Phys Chem Chem Phys. 12, 12802-12810 (2010).
  13. Wang, P., Hadjar, O., Laskin, J. Covalent immobilization of peptides on self-assembled monolayer surfaces using soft-landing of mass-selected ions. J Am Chem Soc. 129, 8682-8683 (2007).
  14. Wang, P., Hadjar, O., Gassman, P. L., Laskin, J. Reactive landing of peptide ions on self-assembled monolayer surfaces: an alternative approach for covalent immobilization of peptides on surfaces. Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 1512-1522 (2008).
  15. Nanita, S. C., Takats, Z., Cooks, R. G., Myung, S., Clemmer, D. E. Chiral enrichment of serine via formation, dissociation, and soft-landing of octameric cluster ions. J Am Soc Mass Spectr. 15, 1360-1365 (2004).
  16. Pepi, F., et al. Soft landed protein voltammetry. (33), 3494-3496 (2007).
  17. Mazzei, F., et al. Soft-landed protein voltammetry: A tool for redox protein characterization. Anal Chem. 80, 5937-5944 (2008).
  18. Mazzei, F., Favero, G., Frasconi, M., Tata, A., Pepi, F. Electron-Transfer Kinetics of Microperoxidase-11 Covalently Immobilised onto the Surface of Multi-Walled Carbon Nanotubes by Reactive Landing of Mass-Selected Ions. Chemistry-a European Journal. 15, 7359-7367 (2009).
  19. Rauschenbach, S., et al. Electrospray Ion Beam Deposition: Soft-Landing and Fragmentation of Functional Molecules at Solid Surfaces. Acs Nano. 3, 2901-2910 (2009).
  20. Saf, R., et al. Thin organic films by atmospheric-pressure ion deposition. Nat Mater. 3, 323-329 (2004).
  21. Rader, H. J., et al. Processing of giant graphene molecules by soft-landing mass spectrometry. Nature Materials. 5, 276-280 (2006).
  22. Xirouchaki, C., Palmer, R. E. Pinning and implantation of size-selected metal clusters: a topical review. Vacuum. 66, 167-173 (2002).
  23. Xirouchaki, C., Palmer, R. E. Deposition of size-selected metal clusters generated by magnetron sputtering and gas condensation: a progress review. Philos T Roy Soc A. 362, 117-124 (2004).
  24. Li, Z. Y., et al. Three-dimensional atomic-scale structure of size-selected gold nanoclusters. Nature. 451, (2008).
  25. Heiz, U., Vanolli, F., Trento, L., Schneider, W. D. Chemical reactivity of size-selected supported clusters: An experimental setup. Rev Sci Instrum. 68, 1986-1994 (1997).
  26. Heiz, U., et al. Chemical reactions on size-selected clusters on surfaces. Nobel Symp. 117, 87-98 (2001).
  27. Kunz, S., et al. Size-selected clusters as heterogeneous model catalysts under applied reaction conditions. Phys Chem Chem Phys. 12, 10288-10291 (2010).
  28. Wepasnick, K. A., et al. Surface Morphologies of Size-Selected Mo-100 +/- 2.5 and (MoO3)(67+/-1.5) Clusters Soft-Landed onto HOPG. J Phys Chem C. 115, 12299-12307 (2011).
  29. Lim, D. C., Dietsche, R., Gantefor, G., Kim, Y. D. Size-selected Au clusters deposited on SiO2/Si: Stability of clusters under ambient pressure and elevated temperatures. Appl Surf Sci. 256, 1148-1151 (2009).
  30. Woodward, W. H., Blake, M. M., Luo, Z. X., Weiss, P. S., Castleman, A. W. Soft-Landing Deposition of Al-17(-) on a Hydroxyl-Terminated Self-Assembled Monolayer. J Phys Chem C. 115, 5373-5377 (2011).
  31. Benz, L., et al. Landing of size-selected Ag-n(+) clusters on single crystal TiO2 (110)-(1x1) surfaces at room temperature. J Chem Phys. 122, (2005).
  32. Tong, X., et al. Intact size-selected Au-n clusters on a TiO2(110)-(1 x 1) surface at room temperature. J Am Chem Soc. 127, 13516-13518 (2005).
  33. Kahle, S., et al. The Quantum Magnetism of Individual Manganese-12-Acetate Molecular Magnets Anchored at Surfaces. Nano Lett. 12, 518-521 (2012).
  34. Proch, S., Wirth, M., White, H. S., Anderson, S. L. Strong Effects of Cluster Size and Air Exposure on Oxygen Reduction and Carbon Oxidation Electrocatalysis by Size-Selected Pt-n (n <= 11) on Glassy Carbon Electrodes. J Am Chem Soc. 135, 3073-3086 (2013).
  35. Kaden, W. E., Wu, T. P., Kunkel, W. A., Anderson, S. L. Electronic Structure Controls Reactivity of Size-Selected Pd Clusters Adsorbed on TiO2 Surfaces. Science. 326, 826-829 (2009).
  36. Binns, C. Nanoclusters deposited on surfaces. Surf Sci Rep. 44, 1-49 (2001).
  37. Johnson, G. E., Priest, T., Laskin, J. Coverage-Dependent Charge Reduction of Cationic Gold Clusters on Surfaces Prepared Using Soft Landing of Mass-Selected Ions. J Phys Chem C. 116, 24977-24986 (2012).
  38. Johnson, G. E., Priest, T., Laskin, J. Charge Retention by Gold Clusters on Surfaces Prepared Using Soft Landing of Mass Selected Ions. Acs Nano. 6, 573-582 (2012).
  39. Johnson, G. E., Wang, C., Priest, T., Laskin, J. Monodisperse Au-11 Clusters Prepared by Soft Landing of Mass Selected Ions. Anal Chem. 83, 8069-8072 (2011).
  40. Zachary, A. M., Bolotin, I. L., Asunskis, D. J., Wroble, A. T., Hanley, L. Cluster Beam Deposition of Lead Sulfide Nanocrystals into Organic Matrices. Acs Appl Mater Inter. 1, 1770-1777 (2009).
  41. Ayesh, A. I., Qamhieh, N., Ghamlouche, H., Thaker, S., El-Shaer, M. Fabrication of size-selected Pd nanoclusters using a magnetron plasma sputtering source. J Appl Phys. 107, (2010).
  42. Ayesh, A. I., Thaker, S., Qamhieh, N., Ghamlouche, H. Size-controlled Pd nanocluster grown by plasma gas-condensation method. J Nanopart Res. 13, 1125-1131 (2011).
  43. Ayesh, A. I., Qamhieh, N., Mahmoud, S. T., Alawadhi, H. Fabrication of size-selected bimetallic nanoclusters using magnetron sputtering. J Mater Res. 27, 2441-2446 (2012).
  44. Datta, D., Bhattacharyya, S. R., Shyjumon, I., Ghose, D., Hippler, R. Production and deposition of energetic metal nanocluster ions of silver on Si substrates. Surf Coat Tech. 203, 2452-2457 (2009).
  45. Majumdar, A., et al. Surface morphology and composition of films grown by size-selected Cu nanoclusters. Vacuum. 83, 719-723 (2008).
  46. Tang, J., Verrelli, E., Tsoukalas, D. Assembly of charged nanoparticles using self-electrodynamic focusing. Nanotechnology. 20, 10 (2009).
  47. Gracia-Pinilla, M. A., Martinez, E., Vidaurri, G. S., Perez-Tijerina, E. Deposition of Size-Selected Cu Nanoparticles by Inert Gas Condensation. Nanoscale Res Lett. 5, 180-188 (2010).
  48. Banerjee, A. N., Krishna, R., Das, B. Size controlled deposition of Cu and Si nano-clusters by an ultra-high vacuum sputtering gas aggregation technique. Appl Phys. 90, 299-303 (2008).
  49. Judai, K., et al. A soft-landing experiment on organometallic cluster ions: infrared spectroscopy of V(benzene)(2) in Ar matrix. Chemical Physics Letters. 334, 277-284 (2001).
  50. Mitsui, M., Nagaoka, S., Matsumoto, T., Nakajima, A. Soft-landing isolation of vanadium-benzene sandwich clusters on a room-temperature substrate using n-alkanethiolate self-assembled monolayer matrixes. J Phys Chem B. 110, 2968-2971 (2006).
  51. Nagaoka, S., Matsumoto, T., Okada, E., Mitsui, M., Nakajima, A. Room-temperature isolation of V(benzene)(2) sandwich clusters via soft-landing into n-alkanethiol self-assembled monolayers. J Phys Chem B. 110, 16008-16017 (2006).
  52. Nagaoka, S., Matsumoto, T., Ikemoto, K., Mitsui, M., Nakajima, A. Soft-landing isolation of multidecker V-2(benzene)(3) complexes in an organic monolayer matrix: An infrared spectroscopy and thermal desorption study. J Am Chem Soc. 129, 1528-1529 (2007).
  53. Nagaoka, S., Ikemoto, K., Matsumoto, T., Mitsui, M., Nakajima, A. Soft-landing isolation of gas-phase-synthesized transition metal-benzene complexes into a fluorinated self-assembled monolayer matrix. J Phys Chem C. 112, 15824-15831 (2008).
  54. Ikemoto, K., Nagaoka, S., Matsumoto, T., Mitsui, M., Nakajima, A. Soft-Landing Experiments of Cr(benzene)(2) Sandwich Complexes onto a Carboxyl-Terminated Self-Assembled Monolayer Matrix. J Phys Chem C. 113, 4476-4482 (2009).
  55. Nagaoka, S., Ikemoto, K., Horiuchi, K., Nakajima, A. Soft- and Reactive-Landing of Cr(aniline)(2) Sandwich Complexes onto Self-Assembled Monolayers: Separation between Functional and Binding Sites. J Am Chem Soc. 133, 18719-18727 (2011).
  56. Pepi, F., et al. Chemically Modified Multiwalled Carbon Nanotubes Electrodes with Ferrocene Derivatives through Reactive Landing. J Phys Chem C. 115, 4863-4871 (2011).
  57. Franchetti, V., Solka, B. H., Baitinger, W. E., Amy, J. W., Cooks, R. G. Soft Landing of Ions as a Means of Surface Modification. International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. 23, 29-35 (1977).
  58. Hadjar, O., et al. Design and performance of an instrument for soft landing of Biomolecular ions on surfaces. Anal Chem. 79, 6566-6574 (2007).
  59. Peng, W. P., et al. Ion soft landing using a rectilinear ion trap mass spectrometer. Anal Chem. 80, 6640-6649 (2008).
  60. Shen, J. W., et al. Soft landing of ions onto self-assembled hydrocarbon and fluorocarbon monolayer surfaces. Int J Mass Spectrom. 182, 423-435 (1999).
  61. Bottcher, A., Weis, P., Bihlmeier, A., Kappes, M. M. C-58 on HOPG: Soft-landing adsorption and thermal desorption. Physical Chemistry Chemical Physics. 6, 5213-5217 (2004).
  62. Klipp, B., et al. Deposition of mass-selected cluster ions using a pulsed arc cluster-ion source. Appl Phys a-Mater. 73, 547-554 (2001).
  63. Baker, S. H., et al. The construction of a gas aggregation source for the preparation of size-selected nanoscale transition metal clusters. Rev Sci Instrum. 71, 3178-3183 (2000).
  64. Haberland, H., Karrais, M., Mall, M., Thurner, Y. Thin-Films from Energetic Cluster Impact - a Feasibility Study. J Vac Sci Technol A. 10, 3266-3271 (1992).
  65. Pratontep, S., Carroll, S. J., Xirouchaki, C., Streun, M., Palmer, R. E. Size-selected cluster beam source based on radio frequency magnetron plasma sputtering and gas condensation. Rev Sci Instrum. 76, (2005).
  66. Duncan, M. A. Invited Review Article: Laser vaporization cluster sources. Rev Sci Instrum. 83, (2012).
  67. Wagner, R. L., Vann, W. D., Castleman, A. W. A technique for efficiently generating bimetallic clusters. Rev Sci Instrum. 68, 3010-3013 (1997).
  68. Harbich, W., et al. Deposition of Mass Selected Silver Clusters in Rare-Gas Matrices. J Chem Phys. 93, 8535-8543 (1990).
  69. Denault, J. W., Evans, C., Koch, K. J., Cooks, R. G. Surface modification using a commercial triple quadrupole mass spectrometer. Anal Chem. 72, 5798-5803 (2000).
  70. Mayer, P. S., et al. Preparative separation of mixtures by mass spectrometry. Anal Chem. 77, 4378-4384 (2005).
  71. Badu-Tawiah, A. K., Wu, C. P., Cooks, R. G. Ambient Ion Soft Landing. Anal Chem. 83, 2648-2654 (2011).
  72. Badu-Tawiah, A. K., Campbell, D. I., Cooks, R. G. Reactions of Microsolvated Organic Compounds at Ambient Surfaces: Droplet Velocity, Charge State, and Solvent Effects. J Am Soc Mass Spectr. 23, 1077-1084 (2012).
  73. Laskin, J., Futrell, J. H. Activation of large ions in FT-ICR mass spectrometry. Mass Spectrom Rev. 24, 135-167 (2005).
  74. Laskin, J., Futrell, J. H. Collisional activation of peptide ions in FT-ICR mass spectrometry. Mass Spectrom Rev. 22, 158-181 (2003).
  75. Wysocki, V. H., Joyce, K. E., Jones, C. M., Beardsley, R. L. Surface-induced dissociation of small molecules, peptides,and non-covalent protein complexes. J Am Soc Mass Spectr. 19, 190-208 (2008).
  76. Abbet, S., Judai, K., Klinger, L., Heiz, U. Synthesis of monodispersed model catalysts using softlanding cluster deposition. Pure Appl Chem. 74, 1527-1535 (2002).
  77. Molina, L. M., et al. Size-dependent selectivity and activity of silver nanoclusters in the partial oxidation of propylene to propylene oxide and acrolein: A joint experimental and theoretical study. Catal Today. 160, 116-130 (2011).
  78. Lei, Y., et al. Increased Silver Activity for Direct Propylene Epoxidation via Subnanometer Size Effects. Science. 328, 224-228 (2010).
  79. Lee, S., et al. Selective Propene Epoxidation on Immobilized Au6-10 Clusters: The Effect of Hydrogen and Water on Activity and Selectivity. Angew Chem Int Edit. 48, 1467-1471 (2009).
  80. Peng, W. P., et al. Redox chemistry in thin layers of organometallic complexes prepared using ion soft landing. Phys Chem Chem Phys. 13, 267-275 (2011).
  81. Johnson, G. E., Laskin, J. Preparation of Surface Organometallic Catalysts by Gas-Phase Ligand Stripping and Reactive Landing of Mass-Selected Ions. Chem-Eur J. 16, 14433-14438 (2010).
  82. Castleman, A. W., Jena, P. Clusters: A bridge between disciplines. P Natl Acad Sci USA. 103, 10552-10553 (2006).
  83. Jena, P., Castleman, A. W. Clusters: A bridge across the disciplines of physics and chemistry. P Natl Acad Sci USA. 103, 10560-10569 (2006).
  84. Castleman, A. W., Jena, P. Clusters: A bridge across the disciplines of environment, materials science, and biology. P Natl Acad Sci USA. 103, 10554-10559 (2006).
  85. Yoon, B., et al. Charging effects on bonding and catalyzed oxidation of CO on Au-8 clusters on MgO. Science. 307, 403-407 (2005).
  86. Landman, U., Yoon, B., Zhang, C., Heiz, U., Arenz, M. Factors in gold nanocatalysis: oxidation of CO in the non-scalable size regime. Top Catal. 44, 145-158 (2007).
  87. Habibpour, V., et al. Novel Powder-Supported Size-Selected Clusters for Heterogeneous Catalysis under Realistic Reaction Conditions. J Phys Chem C. 116, 26295-26299 (2012).
  88. Herzing, A. A., Kiely, C. J., Carley, A. F., Landon, P., Hutchings, G. J. Identification of active gold nanoclusters on iron oxide supports for CO oxidation. Science. 321, 1331-1335 (2008).
  89. Turner, M., et al. Selective oxidation with dioxygen by gold nanoparticle catalysts derived from 55-atom clusters. Nature. 454, (2008).
  90. Yin, F., Xirouchaki, C., Guo, Q. M., Palmer, R. E. High-temperature stability of size-selected gold nanoclusters pinned on graphite. Adv Mater. 17, 731-734 (2005).
  91. Palomba, S., Palmer, R. E. Patterned films of size-selected Au clusters on optical substrates. J Appl Phys. 101, (2007).
  92. Yin, F., Lee, S. S., Abdela, A., Vajda, S., Palmer, R. E. Communication: Suppression of sintering of size-selected Pd clusters under realistic reaction conditions for catalysis. J Chem Phys. 134, (2011).
  93. Zamboulis, A., Moitra, N., Moreau, J. J. E., Cattoen, X., Man, M. W. C. Hybrid materials: versatile matrices for supporting homogeneous catalysts. J Mater Chem. 20, 9322-9338 (2010).
  94. Notestein, J. M., Katz, A. Enhancing heterogeneous catalysis through cooperative hybrid organic-inorganic interfaces. Chem-Eur J. 12, 3954-3965 (2006).
  95. Love, J. C., Estroff, L. A., Kriebel, J. K., Nuzzo, R. G., Whitesides, G. M. Self-assembled monolayers of thiolates on metals as a form of nanotechnology. Chem Rev. 105, 1103-1169 (2005).
  96. Peng, W. P., Goodwin, M. P., Chen, H., Cooks, R. G., Wilker, J. Thermal formation of mixed-metal inorganic complexes at atmospheric pressure. Rapid Commun Mass Sp. 22, 3540-3548 (2008).
  97. Alvarez, J., et al. Preparation and in situ characterization of surfaces using soft landing in a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer. Anal Chem. 77, 3452-3460 (2005).
  98. Cyriac, J., Li, G. T., Cooks, R. G. Vibrational Spectroscopy and Mass Spectrometry for Characterization of Soft Landed Polyatomic Molecules. Anal Chem. 83, 5114-5121 (2011).
  99. Johnson, G. E., Lysonski, M., Laskin, J. In Situ Reactivity and TOF-SIMS Analysis of Surfaces Prepared by Soft and Reactive Landing of Mass-Selected Ions. Anal Chem. 82, 5718-5727 (2010).
  100. Nie, Z. X., et al. In Situ SIMS Analysis and Reactions of Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-Selected Cations and Anions Using an Ion Trap Mass Spectrometer. J Am Soc Mass Spectr. 20, 949-956 (2009).
  101. Gologan, B., et al. Ion soft-landing into liquids: Protein identification, separation, and purification with retention of biological activity. J Am Soc Mass Spectr. 15, 1874-1884 (2004).
  102. Judai, K., Abbet, S., Worz, A. S., Rottgen, M. A., Heiz, U. Turn-over frequencies of catalytic reactions on nanocatalysts measured by pulsed molecular beams and quantitative mass spectrometry. Int J Mass Spectrom. 229, 99-106 (2003).
  103. Cyriac, J., Wleklinski, M., Li, G. T., Gao, L., Cooks, R. G. In situ Raman spectroscopy of surfaces modified by ion soft landing. Analyst. 137, 1363-1369 (2012).
  104. Hu, Q. C., Wang, P., Gassman, P. L., Laskin, J. In situ Studies of Soft- and Reactive Landing of Mass-Selected Ions Using Infrared Reflection Absorption Spectroscopy. Anal Chem. 81, 7302-7308 (2009).
  105. Volny, M., et al. Surface-enhanced Raman spectroscopy of soft-landed polyatomic ions and molecules. Anal Chem. 79, 4543-4551 (2007).
  106. Kartouzian, A., et al. Cavity ring-down spectrometer for measuring the optical response of supported size-selected clusters and surface defects in ultrahigh vacuum. J Appl Phys. 104, (2008).
  107. Kaden, W. E., Kunkel, W. A., Roberts, F. S., Kane, M., Anderson, S. L. CO adsorption and desorption on size-selected Pdn/TiO2(110) model catalysts: Size dependence of binding sites and energies, and support-mediated adsorption. J Chem Phys. 136, (2012).
  108. Price, S. P., et al. STM characterization of size-selected V-1, V-2, VO and VO2 clusters on a TiO2 (110)-(1 x 1) surface at room temperature. Surf Sci. 605, 972-976 (2011).
  109. Benz, L., et al. Pinning mononuclear Au on the surface of titania. J Phys Chem B. 110, 663-666 (2006).
  110. Deng, Z. T., et al. A Close Look at Proteins: Submolecular Resolution of Two- and Three-Dimensionally Folded Cytochrome c at Surfaces. Nano Lett. 12, 2452-2458 (2012).
  111. Di Vece, M., Palomba, S., Palmer, R. E. Pinning of size-selected gold and nickel nanoclusters on graphite. Phys Rev B. , (2005).
  112. Benesch, J. L. P., et al. Separating and visualising protein assemblies by means of preparative mass spectrometry and microscopy. J Struct Biol. 172, 161-168 (2010).
  113. Davila, S. J., Birdwell, D. O., Verbeck, G. F. Drift tube soft-landing for the production and characterization of materials: Applied to Cu clusters. Rev Sci Instrum. 81, (2010).
  114. Rauschenbach, S., et al. Electrospray ion beam deposition of clusters and biomolecules. Small. 2, 540-547 (2006).
  115. Hadjar, O., Futrell, J. H., Laskin, J. First observation of charge reduction and desorption kinetics of multiply protonated peptides soft landed onto self-assembled monolayer surfaces. J Phys Chem C. 111, 18220-18225 (2007).
  116. Hadjar, O., Wang, P., Futrell, J. H., Laskin, J. Effect of the Surface on Charge Reduction and Desorption Kinetics of Soft Landed Peptide Ions. J Am Soc Mass Spectr. 20, 901-906 (2009).
  117. Heiz, U., Bullock, E. L. Fundamental aspects of catalysis on supported metal clusters. J Mater Chem. 14, 564-577 (2004).
  118. Nogues, C., Wanunu, M. A rapid approach to reproducible, atomically flat gold films on mica. Surf Sci. 573, (2004).
  119. Kawasaki, M., Uchiki, H. Sputter deposition of atomically flat Au(111) and Ag(111) films. Surf Sci. 388, (1997).
  120. Laskin, J., Denisov, E. V., Shukla, A. K., Barlow, S. E., Futrell, J. H. Surface-induced dissociation in a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer: Instrument design and evaluation. Anal Chem. 74, 3255-3261 (2002).
  121. Mize, T. H., et al. A modular data and control system to improve sensitivity, selectivity, speed of analysis, ease of use, and transient duration in an external source FTICR-MS. Int J Mass Spectrom. 235, 243-253 (2004).
  122. Mallick, P. K., Danzer, G. D., Strommen, D. P., Kincaid, J. R. Vibrational-Spectra and Normal-Coordinate Analysis of Tris(Bipyridine)Ruthenium(Ii). J Phys Chem-Us. 92, 5628-5634 (1988).
  123. Strommen, D. P., Mallick, P. K., Danzer, G. D., Lumpkin, R. S., Kincaid, J. R. Normal-Coordinate Analyses of the Ground and 3mlct Excited-States of Tris(Bipyridine)Ruthenium(Ii). J Phys Chem-Us. 94, 1357-1366 (1990).
  124. Kim, H., Lee, H. B. R., Maeng, W. J. Applications of atomic layer deposition to nanofabrication and emerging nanodevices. Thin Solid Films. 517, 2563-2580 (2009).
  125. Du, Y., George, S. M. Molecular layer deposition of nylon 66 films examined using in situ FTIR spectroscopy. J Phys Chem C. 111, 8509-8517 (2007).
  126. Yoshimura, T., Tatsuura, S., Sotoyama, W. Polymer-Films Formed with Monolayer Growth Steps by Molecular Layer Deposition. Appl Phys Lett. 59, 482-484 (1991).
  127. Loscutoff, P. W., Zhou, H., Clendenning, S. B., Bent, S. F. Formation of Organic Nanoscale Laminates and Blends by Molecular Layer Deposition. Acs Nano. 4, 331-341 (2010).
  128. George, S. M., Yoon, B., Dameron, A. A. Surface Chemistry for Molecular Layer Deposition of Organic and Hybrid Organic-Inorganic Polymers. Accounts Chem Res. 42, 498-508 (2009).
  129. Marginean, I., Page, J. S., Tolmachev, A. V., Tang, K. Q., Smith, R. D. Achieving 50% Ionization Efficiency in Subambient Pressure Ionization with Nanoelectrospray. Anal Chem. 82, 9344-9349 (2010).
  130. Page, J. S., Tang, K., Kelly, R. T., Smith, R. D. Subambient pressure ionization with nanoelectrospray source and interface for improved sensitivity in mass spectrometry. Anal Chem. 80, 1800-1805 (2008).
  131. Kelly, R. T., Page, J. S., Tang, K. Q., Smith, R. D. Array of chemically etched fused-silica emitters for improving the sensitivity and quantitation of electrospray ionization mass spectrometry. Anal Chem. 79, 4192-4198 (2007).
  132. Spraggins, J. M., Caprioli, R. High-Speed MALDI-TOF Imaging Mass Spectrometry: Rapid Ion Image Acquisition and Considerations for Next Generation Instrumentation. J Am Soc Mass Spectr. 22, 1022-1031 (2011).
  133. Majumdar, A., et al. Development of metal nanocluster ion source based on dc magnetron plasma sputtering at room temperature. Rev Sci Instrum. 80, (2009).
  134. Ganeva, M., Pipa, A. V., Hippler, R. The influence of target erosion on the mass spectra of clusters formed in the planar DC magnetron sputtering source. Surf Coat Tech. , 213-241 (2012).
  135. Tang, J., Verrelli, E., Tsoukalas, D. Selective deposition of charged nanoparticles by self-electric focusing effect. Microelectron Eng. 86, 898-901 (2009).

Tags

Kjemi myk landing masse utvalgte ioner electro sekundær ion massespektrometri infrarød spektroskopi organometallisk katalyse
<em>In situ</em> SIMS og IR spektroskopi av godt definerte overflater som er Soft Landing av Mass-utvalgte ioner
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Johnson, G. E., Gunaratne, K. D. D., … More

Johnson, G. E., Gunaratne, K. D. D., Laskin, J. In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions. J. Vis. Exp. (88), e51344, doi:10.3791/51344 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter