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Chemistry

In Situ SIMS et spectroscopie IR des surfaces bien définies Préparé par Soft Landing de Ions Mass-sélectionnés

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

Summary

Atterrissage en douceur des ions de masse sélectionnés sur des surfaces est une approche puissante pour la préparation hautement contrôlée de nouveaux matériaux. Couplée à une analyse par spectrométrie in situ secondaire de masse d'ions (SIMS) et la spectroscopie d'absorption infrarouge de réflexion (IRRAS), atterrissage en douceur donne un aperçu sans précédent sur ​​les interactions des espèces bien définies avec des surfaces.

Abstract

Atterrissage en douceur d'ions de masse sélectionnée sur des surfaces est une approche puissante pour la préparation hautement contrôlée de matières qui sont inaccessibles à l'aide des techniques de synthèse classiques. Couplage atterrissage en douceur avec la caractérisation in situ en utilisant la spectrométrie de masse secondaire d'ions (SIMS) et la spectroscopie d'absorption infrarouge en réflexion (IRRAS) permet l'analyse des surfaces bien définies sous vide propre. Les capacités de trois instruments d'atterrissage en douceur construites dans notre laboratoire sont illustrés pour le système représentatif de composés organométalliques de surface lié préparé par atterrissage en douceur de masse sélectionné ruthénium tris (bipyridine) dications, [Ru (bpy) 3] 2 + (bpy = bipyridine), sur acide carboxylique fin surfaces de monocouches auto-assemblées sur l'or (COOH-SAM). In situ temps de vol (TOF)-SIMS donne un aperçu de la réactivité des ions doux-débarquées. En outre, la cinétique de la réduction de charge, la neutralisation et desorption survenant sur ​​le COOH-SAM à la fois pendant et après ion atterrissage en douceur sont étudiés à l'aide de Fourier in situ transformer ion résonance cyclotron des mesures (FT-ICR)-SIMS. Dans IRRAS in situ expériences permettent de mieux comprendre comment la structure de ligands organiques autour des centres métalliques est perturbé par l'immobilisation d'ions organométalliques sur COOH-SAM surfaces par atterrissage en douceur. Ensemble, les trois instruments fournissent des informations complémentaires concernant la composition chimique, la réactivité et la structure des espèces bien définies portées sur les surfaces.

Introduction

Atterrissage en douceur des ions de masse sélectionnés sur des surfaces reste un sujet d'intérêt de la recherche actuelle en raison des capacités démontrées de la technique pour la préparation hautement contrôlée de nouveaux matériaux 1-6. Les efforts récents ont indiqué des applications potentielles futures de l'atterrissage en douceur des ions de masse sélectionné dans la préparation de peptides et de protéines tableaux pour une utilisation dans criblage à haut débit biologique 7,8, la séparation des protéines et de l'enrichissement de conformation de peptides 9-12, la fixation covalente de peptides aux surfaces 9,10,13,14, enrichissement chiral de 15 composés organiques, la caractérisation électrochimique de protéines à activité redox spécifique de 16 à 18, la production de films minces 19,20 moléculaires, de la transformation des macromolécules telles que le graphène 21 et la préparation du modèle systèmes catalytiques par atterrissage en douceur de clusters ioniques 22-39, 40-48 nanoparticules et co organométalliquemplexes sur des matériaux de support 19,49-56. Le concept de la modification de surfaces par atterrissage en douceur des ions polyatomiques a été initialement proposé par les cuisiniers et les collègues en 1977 57. Dans les années suivantes un large éventail d'approches instrumentales ont été développées pour le dépôt contrôlé d'ions de masse choisi dans le gaz la phase sur les surfaces 1,4,5. Ions ont été générées par des processus tels que l'ionisation électrospray (ESI) 10,58,59, laser assistée par matrice désorption / ionisation (MALDI) 21, ionisation par impact électronique (EI) 60,61, pulsé décharge d'arc 62, de la condensation de gaz inerte 36 , 63, pulvérisation magnétron 64,65 et laser vaporisation 25,66,67. La sélection de masse des ions en phase gazeuse avant atterrissage en douceur a été réalisé en utilisant principalement des filtres de masse quadripolaires 58,68,69, dispositifs de déviation magnétique 70, et les instruments de piège à ions linéaire 8,59. Un particulier notaavance ble dans la méthodologie de l'atterrissage en douceur d'ions s'est produite récemment avec la mise en œuvre réussie de la température ambiante ion atterrissage en douceur et réactive par des cuisiniers et collègues 71,72. L'utilisation de ces différentes techniques d'ionisation et la masse de sélection, les interactions de hyperthermique (<100 eV) des ions polyatomiques avec des surfaces ont été étudiées afin de mieux comprendre les facteurs qui influent sur l'efficacité de l'ion atterrissage en douceur et les procédés concurrents de la diffusion réactive et non réactif comme ainsi que la surface dissociation induite 4,73-75.

La préparation des catalyseurs modèles bien définis à des fins de recherche a été une application particulièrement fructueux atterrissage en douceur des ions de masse sélectionné 25,34,35,56,76-81. Dans la gamme de taille des clusters à l'échelle nanométrique, où le comportement physique et chimique n'évolue pas linéairement avec la taille de cluster, il a été démontré que l'ajout ou la suppression d'atomes individuels ou de groupes peuvent considérablement influencer eleu réactivité chimique 82-84. Ce phénomène à l'échelle nanométrique, qui résulte de confinement quantique, a été démontrée de manière convaincante par Heiz et ses collaborateurs 85 pour un catalyseur à base de modèle comprenant des groupes reçus mous de huit atomes d'or (Au-8) supportées sur une surface riche en MgO défaut. Plusieurs autres études ont fourni des preuves de la réactivité dépendant de la taille des grappes portées sur les surfaces 34,77,86,87. En outre, les images de microscopie électronique à haute résolution indiquent que les clusters contenant aussi peu que dix 88 et cinquante-cinq 89 atomes peuvent être en grande partie responsable de l'activité supérieure de catalyseurs d'or en vrac de synthèse supportés sur des oxydes de fer. Employant atterrissage en douceur d'ions de masse sélectionnée, il est possible de préparer des matrices stables de grappes et de nanoparticules de taille sélectionnée qui ne diffusent pas et s'agglomèrent en de plus grandes structures sur la surface de matériaux de support 90 à 92. Ces études antérieures indiquent que, avec continuitément le développement, atterrissage en douceur de clusters et de nanoparticules de masse choisi peut devenir une technique polyvalent pour la création de catalyseurs hétérogènes très actives qui exploitent le comportement émergent d'un grand nombre de groupes identiques et de nanoparticules dans des tableaux étendus sur les surfaces. Ces systèmes extrêmement bien définis peuvent être utilisés à des fins de recherche pour comprendre comment les paramètres critiques tels que la taille de cluster, la morphologie, la composition élémentaire et la couverture de la surface influence l'activité catalytique, la sélectivité et la durabilité.

Complexes organométalliques qui sont généralement utilisés dans les phase solution catalyseurs homogènes peuvent également être immobilisés sur des surfaces par atterrissage en douceur des ions de masse sélectionné 56,80,81. Fixation des complexes métal-ligand ioniques à des supports solides pour produire des matériaux hybrides organiques-inorganiques est actuellement un domaine de recherche actif dans la catalyse et la science des surfaces communautés 93. L'objectif global est d'obtenir le hautsélectivité pour un produit souhaité de complexes métal-ligand en phase soluble, tout en facilitant une séparation plus facile des produits provenant des catalyseurs et des réactifs qui restent en solution. De cette manière, la surface immobilisée complexes organométalliques profiter des avantages des deux catalyseurs homogènes et hétérogènes. Grâce à la sélection d'un substrat approprié, il est possible de maintenir, voire d'améliorer l'environnement de ligand organique autour du centre de métal actif tout en réalisant une forte immobilisation de surface 94. monocouche surfaces auto-assemblées (SAM) sur l'or peut être mis fin à un certain nombre de différents groupes fonctionnels et sont, par conséquent, des systèmes idéaux pour étudier la faisabilité d'attacher complexes organométalliques à des surfaces par atterrissage en douceur des ions de masse sélectionné 95. En outre, les méthodes d'ionisation tels que la pression atmosphérique désorption thermique ionisation (APTDI) ont été précédemment démontré pour donner mixte métalliques complexes inorganiques en phase gazeusequi ne sont pas accessibles par la synthèse en solution 96. Dans la même veine, des techniques de synthèse et d'ionisation cinétique limitée non-thermique tels que la pulvérisation magnétron 65, l'agrégation de gaz 63 et vaporisation au laser 66 peuvent également être couplés avec des ions doux instrumentation d'atterrissage pour fournir un itinéraire polyvalent de nouveaux groupes et de nanoparticules inorganiques appuyé sur surfaces.

Afin d'évoluer atterrissage en douceur des ions de masse sélectionné dans une technologie mature pour la préparation des matériaux, il est essentiel que les méthodes d'analyse d'information être couplés avec soft instrumentation d'atterrissage pour sonder les propriétés chimiques et physiques des surfaces avant, pendant et après le dépôt de ions. À ce jour, une multitude de techniques ont été appliquées à cette fin, y compris la spectrométrie secondaire de masse d'ions (SIMS) 19,97-100, la température de désorption programmée et la réaction 50,52, la désorption laser et l'ionisation 101, la réaction de faisceau moléculaire pulsé 102, la spectroscopie infrarouge (FTIR et Raman) 98103104, surface améliorée spectroscopie Raman 103105, cavité ringdown spectroscopie 106, x-ray spectroscopie de photoélectrons 35107, microscopie à effet tunnel 33,108-111, microscopie à force atomique 112-114, et la microscopie électronique à transmission 39. Toutefois, afin de caractériser plus précisément des surfaces préparées ou modifiées par l'ion atterrissage en douceur, il est essentiel que l'analyse soit effectuée in situ sans exposition du substrat à l'environnement dans le laboratoire. Des analyses antérieures menées in situ ont permis de mieux comprendre des phénomènes tels que la réduction de la charge ionique des ions mous reçus au fil du temps 37,38,115,116, la désorption de doux atterri ions de surfaces 52, l'efficacité et la dépendance à l'énergie cinétique des ions atterrissage réactive 14,81 , et l'influence de la taillesur l'activité catalytique de pôles et de nanoparticules déposées sur les surfaces 117. A titre d'exemple, dans notre laboratoire, nous avons systématiquement étudié la cinétique de réduction de charge de peptides protonés sur les surfaces des différents SAM 3. Ces expériences ont été effectuées avec un instrument d'atterrissage en douceur unique, couplée à une transformée de Fourier à résonance cyclotronique ionique des ions secondaires spectromètre de masse (FT-ICR-SIMS) qui permet l'analyse in situ de surfaces à la fois pendant et après l'atterrissage en douceur d'ions 97. Pour élargir ces capacités d'analyse, un autre instrument a été construit qui permet la caractérisation in situ des ions reçus doux sur les surfaces à l'aide de IRRAS 104. Cette technique infrarouge surface sensible permet la formation de liaisons et les processus de destruction ainsi que les changements de conformation dans les ions complexes et des couches de surface à surveiller en temps réel à la fois pendant et après l'atterrissage en douceur 12. Par exemple, en utilisant IRRAS c'étaita démontré que l'ion atterrissage en douceur peut être utilisée pour immobiliser de manière covalente des peptides de masse sélectionné sur N-hydroxysuccinimidyl ester fonctionnalisé SAM 13,14.

Ici, nous illustrons les capacités des trois instruments sur mesure uniques situés au Pacific Northwest National Laboratory qui sont conçus pour in situ TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS, et analyse IRRAS de substrats produits par atterrissage en douceur des ions de masse sélectionné sur les surfaces. Comme un système représentatif, nous présentons les résultats de l'atterrissage en douceur de masse sélectionné organométallique de ruthénium tris (bipyridine) dications [Ru (bpy) 3] 2 + sur acide carboxylique fin SAM (COOH-SAM) de préparer des complexes organométalliques immobilisés. Il est démontré que in situ TOF-SIMS offre les avantages d'une sensibilité extrême et large gamme dynamique d'ensemble qui facilite l'identification des espèces de faible abondance, y compris des intermédiaires réactifs qui ne peuvent être préenvoyé pour de courtes périodes de temps sur les surfaces. TOF-SIMS permet également de mieux comprendre comment la suppression d'un ligand à partir d'un ion organo-métallique dans la phase gazeuse, avant l'atterrissage en douceur, une influence sur l'efficacité de l'immobilisation vers les surfaces et sa réactivité chimique vers des molécules gazeuses. Caractérisation complémentaire en utilisant in situ FT-ICR-SIMS permet de mieux comprendre la réduction de charge, la neutralisation et la cinétique de désorption des ions doublement chargés sur la surface tandis que in situ IRRAS sonde la structure des ligands organiques entourant les centres métalliques chargés, ce qui peut influer sur la propriétés électroniques et la réactivité des ions immobilisés. Collectivement, nous illustrons comment atterrissage en douceur des ions de masse sélectionnés combinés avec une analyse in situ par SIMS et IRRAS donne un aperçu des interactions entre les espèces et les surfaces qui ont des implications pour un large éventail d'activités scientifiques bien définies.

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Protocol

1. Préparation de COOH-SAM surfaces sur l'or pour atterrissage en douceur de Ions Mass-sélectionnés

  1. Obtenir des substrats d'or à plat sur le silicium (Si) ou de matériaux de support en mica. En variante, la préparation des films d'or sur des surfaces de Si ou de mica selon les procédures décrites dans la littérature 118119. Remarque: Utilisez des surfaces qui ont les caractéristiques suivantes: 1 cm 2 ou circulaire et 5 mm de diamètre, 525 um d'épaisseur couche de Si, 50 une épaisse couche d'adhérence Ti, 1000 Å Au couche.
  2. Placer surfaces fraîches or sur silicium dans des flacons à scintillation en verre et immerge dans pur (non dénaturé) éthanol.
  3. Placez les flacons à scintillation contenant des surfaces d'or immergés dans de l'éthanol dans un nettoyeur à ultrasons et laver pendant 20 min pour éliminer les débris de surface. Note: Ne pas laver ultrasons or sur des surfaces de mica comme cela détacher le film de l'or à partir du matériau de support mica.
  4. Retirer des surfaces d'or lavés de flacons et sec avec un flux deN2 pur pour empêcher la formation de toutes les taches résiduelles provenant de la éthanol.
  5. Placez les surfaces d'or secs face vers le haut dans un rayonnement ultraviolet (UV) propre et irradient pendant 20 minutes pour enlever la surface de la matière organique.
  6. Dans des flacons à scintillation en verre, préparer 5 ml de solutions de 1 mM d'acide 16-mercaptohexadécanoïque (COOH-SAM) dans de l'éthanol non dénaturé.
  7. Ajouter de l'acide chlorhydrique à une concentration finale de 1% de HCl dans de l'éthanol pour assurer la protonation des groupes acide carboxylique de la molécule.
  8. Placez le lavées, séchées et nettoyé des surfaces d'or-UV face vers le haut dans les solutions COOH-SAM veillant à ce que la surface d'or entière est complètement immergé dans chaque flacon. Laisser les surfaces de monocouches sur l'or à assembler pour au moins 24 heures dans l'obscurité (envelopper dans du papier flacons).
  9. Retirez les surfaces des solutions COOH-SAM et les placer dans de nouveaux flacons à scintillation contenant 5 ml de HCl à 1% dans de l'éthanol. Ultrasons laver le SAM surfaces pour 5 min pour éliminer toutes les molécules de physisorbées from la surface de la monocouche.
  10. Retirez les surfaces lavées des flacons et rincer avec plusieurs aliquotes de 1 ml de HCl à 1% dans de l'éthanol. Sécher le COOH-SAM surfaces sous un courant de N 2.
  11. En utilisant des pinces métalliques propres et porter des gants accordent une surface SAM sur l'un des trois supports d'échantillons métalliques qui sont compatibles avec chaque instrument d'atterrissage en douceur en prenant soin de ne pas toucher la surface d'or face avant dans le processus. Assurez-vous que la surface est fixé solidement en place et qu'il existe une forte contact électrique entre le côté arrière de la surface et l'échantillon de métal monter.
  12. En utilisant les capacités d'introduction d'échantillon de sas de charge de l'instrument d'atterrissage doux (chacun) est légèrement différente, en sorte que la vanne d'arrêt séparant la zone d'introduction d'échantillon de l'instrument à partir de la chambre d'atterrissage en douceur est fermé. Amener la chambre d'introduction d'échantillon jusqu'à la pression atmosphérique en désactivant la pompe à vide turbomoléculaire et l'ionisation manomètre et closing de la vanne à la pompe à vide mécanique conduite primaire.
  13. Lorsque la chambre d'introduction de l'échantillon atteint la pression atmosphérique ouvrir la porte de l'échantillon et fixer le porte-échantillon fermement au manipulateur (xyz-étape ou z-traducteur) à l'intérieur de l'instrument. Fermez la porte et ouvrir la vanne à la pompe à vide mécanique prévide. Lorsque la chambre d'introduction de l'échantillon atteigne une pression de 10 -3 torr, activer la pompe à vide turbomoléculaire et un manomètre d'ionisation.
  14. Lorsque la chambre d'introduction de l'échantillon atteigne une pression de 10 -5 Torr, ouvrir le robinet-vanne de la chambre d'atterrissage en douceur. Utiliser le manipulateur xyz-magnétique ou étape pour positionner la surface de SAM en ligne avec le faisceau d'ions pour commencer atterrissage en douceur.

2. Soft Landing de la messe sélectionné Ru (bpy) 3 2 + sur COOH-SAM Surfaces

  1. Obtenir le tris (2,2 '-bipyridyle) dichloro-ruthénium (II) hexahydraté solide. Dissoudre les cristaux rouges dans du méthanol pur à crmangerez solutions mères avec une concentration de 10 -3 M. Diluer la solution mère d'un facteur de 10 ou 100 avec du methanol pour obtenir un courant ionique à électrospray optimale de masse sélectionné Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285.
  2. Chargez les solutions diluées dans des seringues de 1 ml en verre. Utilisation d'une pompe à seringue pour injecter la solution à travers un diamètre extérieur de 360 ​​um à 80 um de diamètre interne condensé capillaire en silice qui est sollicité entre 2-3 kV pour générer des ions positifs. Ajuster le débit de la pompe à seringue entre 20 à 40 ul / h afin d'obtenir un courant ionique optimal et stabilité à la surface.
  3. Ajuster le filtre de masse quadripolaire, à la masse du Ru (bpy) 3 2 + ion m / z = 285 pour empêcher l'atterrissage en douceur d'espèces autres que le Ru (bpy) 3 2 + sur la surface. L'utilisation d'un haut-résistance électromètre relié au substrat par un vide électriques, régler les paramètres de l'optique ionique de tension de traversée etion radiofréquence guides pour maximiser le courant ionique et de la stabilité de Ru (bpy) 3 2 + mesurée à la surface de SAM. Laisser l'expérience afin de fonctionner pendant une période de temps sélectionnée pour réaliser la couverture souhaitée d'ions sur la surface de la SAM-COOH.
  4. Augmenter le gradient de potentiel dans la région collision quadripolaire haute pression des instruments d'atterrissage doux pour créer les conditions difficiles qui permettent ligand en phase gazeuse de décapage de l'ion organométallique par dissociation induite par collision. Remarque:. Examiner le schéma de l'un des trois instruments d'atterrissage doux, ce qui est également le représentant des premiers stades des deux autres instruments, qui sont présentés dans la figure 1 La fragmentation du Ru (bpy) 3 2 + ions se produit dans la région 4. augmenter la tension appliquée à la plaque arrière de l'entonnoir d'ions électrodynamique pour effacer un ligand bipyridine à partir de Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 production de gazphase de Ru (bpy) 2 2 + m / z = 207 dans la région 4 de l'instrument 81. Sélectionnez la masse très réactif undercoordinated ion fragment à l'aide du filtre de masse quadripolaire dans la région 6 de l'instrument et de la terre molle sur COOH-SAM surfaces d'examiner comment la mesure de la ligature influence les propriétés des ions organométalliques en charge.
  5. Ajuster l'optique ionique environnantes, y compris les tensions continues appliquées sur les tiges quadripolaires ainsi que la limite de conductance afin de maximiser le courant de masse sélectionné Ru (bpy) 2 + 2 des ions fragments à la surface.

3. Analyse par In Situ TOF-SIMS avant et après exposition à des gaz réactifs

  1. Arrêter la pompe de la seringue et haute tension à l'émetteur ESI. Ouvrir le robinet-vanne qui sépare les deux régions de l'appareil pendant le fonctionnement. Utiliser le manipulateur magnétique pour déplacer la surface préparée à partir de la chambre d'atterrissage en douceur de l'étape d'analyse à l'intérieurla partie TOF-SIMS de l'instrument.
  2. Débrayer le manipulateur de l'échantillon et rétracter complètement de la chambre d'analyse SIMS. Fermez la vanne d'arrêt entre l'atterrissage en douceur et pièces SIMS de l'instrument parce que la TOF-SIMS fonctionne à une pression beaucoup plus faible que la région d'atterrissage en douceur de l'instrument.
  3. Pour mener l'expérience TOF-SIMS, charger le fichier de contrôle d'instruments dans le logiciel et de s'assurer que la source Ga + produit un courant suffisamment stable d'ions primaires. Remarque: Employer 15 keV primaires gallium ions (Ga +, 500 pA, 5 ns de largeur d'impulsion, taux de répétition de 10 kHz) pour induire la désorption de doux atterri matériau des surfaces. Extraire les ions secondaires éjectés de la surface dans l'analyseur de masse, qui est constitué de trois secteurs électrostatiques séparés.
  4. Acquérir des profils de ligne x et l'axe y sur la surface afin de déterminer le centre de la tache des ions déposé sur le substrat (en général au centre de la surface d'une 3 mm de diamètre). Positionner la surface de sorte que le faisceau d'ions + Ga primaire est incident sur ​​le centre de la tache des ions déposé. Acquérir un spectre de masse TOF-SIMS pendant 5 min.
  5. Éteignez le principal faisceau d'ions Ga + et hautes tensions de la TOF-SIMS. Utilisez le manipulateur magnétique pour déplacer l'échantillon de nouveau dans la partie de l'atterrissage en douceur de l'instrument. Assurez-vous que la vanne séparant les deux chambres est fermé avant de poursuivre.
  6. Utiliser un vide poussé fuite valve sur la chambre d'atterrissage en douceur pour introduire un débit contrôlé de très grande pureté de l'oxygène (O 2) du gaz à partir d'un cylindre dans l'instrument. Utiliser le robinet-vanne réglable en face de la pompe à vide turbomoléculaire à étrangler le débit de pompage de la pompe pour obtenir une pression de régime permanent de 10 -4 Torr de O 2 à l'intérieur de la chambre d'atterrissage en douceur.
  7. Après exposition de la surface à O 2 pendant 30 min fermer la vanne de fuite, ouvrir la vanne d'arrêt sur ​​the pompe à vide turbomoléculaire et permettre à l'O 2 restant à distance de la pompe. Après la pression dans la chambre a diminué, ouvrir la vanne de la partie SIMS de l'instrument et utiliser le manipulateur magnétique pour positionner la surface de la plate-forme d'analyse pour un deuxième cycle d'analyse TOF-SIMS.
  8. Après le deuxième spectre TOF-SIMS est obtenue comme décrit dans les sections 03.03 à 03.04, ouvrir la vanne d'arrêt et positionner la surface arrière de la chambre d'atterrissage en douceur de l'exposition à 10 -4 Torr de C 2 H 4 pour 30 min. Effectuez une nouvelle analyse SIMS, comme décrit ci-dessus.

4. Analyse par In Situ FT-ICR-SIMS pendant et après atterrissage en douceur

  1. Préparez la SAM surfaces pour les expériences avec l'in situ FT-ICR-SIMS instrument d'une manière similaire à celle décrite dans la section 1, mais sur des substrats circulaires 5 mm de diamètre. Remarque: utiliser des substrats qui sont découpés au laser à partir d'une plaquette de silicium revêtue d'or (5 nm de chromecouche d'adhérence et de 100 nm de l'or polycristallin déposée en phase vapeur). Il faut savoir que la différence la plus notable est que, dans l'appareil de FT-ICR-SIMS la surface est positionnée à l'intérieur de l'alésage d'un aimant supraconducteur. La présence de l'aimant requiert que les surfaces sont placées à l'extrémité d'un 5 ft manuel z-Traducteur pour leur permettre de se positionner en toute sécurité et de manière réglable à la plaque arrière de la cellule ICR.
  2. En utilisant l'interface de sas de charge, placer une surface circulaire SAM à la plaque de piégeage de l'arrière de la cellule ICR situé à l'intérieur de l'aimant 6 Tesla. Note: Soyez conscient que cet instrument est un 6-Tesla FT-ICR spectromètre de masse spécialement conçu configuré pour étudier les interactions ion-surface 97120.
  3. Exploitation de la partie de l'atterrissage en douceur de l'ion de l'instrument FT-ICR-SIMS d'une manière similaire à celle décrite dans la section 2.
  4. Utiliser une source d'ions de césium pour créer un faisceau continu de 8 kV ions Cs + primaires pour pulvériser la surface au cours d'unee après ion atterrissage en douceur.
  5. Utiliser la source ESI positionné à 90 ° vers l'axe principal de l'instrument pour générer des ions pour l'atterrissage en douceur. Concentrer les ions à travers une 90 ° de flexion quadripolaire 120. Remarque: Il faut savoir cette géométrie de l'instrument facilite atterrissage en douceur simultanée de Ru (bpy) 3 2 +, et la transmission du premier faisceau d'ions Cs + à la surface ce qui permet le suivi de la procédure d'atterrissage en douceur à la fois pendant et après le dépôt d'ions.
  6. Piège et analyser les ions secondaires éjectés de la surface à l'aide FT-ICR-MS. Note: Utiliser conditions SIMS statiques correspondant à un flux ionique total d'environ 10 10 ions / cm 2 (actuel 4 nA, durée 80 ps, diamètre de spot de 4,6 mm, 10 plans par spectre, ~ 200 points de données) pour ces expériences qui durent environ 7 heures. La moyenne de chaque spectre SIMS sur 10 tirs correspondant à un temps d'acquisition d'environ 10 sec.
  7. Acquérir des données cinétiques par échantillonnage de la SAM surfaCE toutes les 4 min environ 7 h pendant et après le dépôt d'ions.
  8. Effectuer l'acquisition de données et de contrôle de l'instrument en utilisant un système de commande de données modulaire automatisé décrit dans la littérature 121.

5. Analyse par In Situ IRRAS pendant et après atterrissage en douceur

  1. Préparez la SAM surfaces pour les expériences avec le in situ instrument IRRAS d'une manière similaire à celle décrite dans la section 1. Remarque: Il faut savoir que la plus grande différence avec les résultats de l'instrument IRRAS du positionnement précis de la surface avec le z-traducteur qui est nécessaire pour localiser le substrat au point focal des miroirs paraboliques et en ligne avec le faisceau d'ions. Maximiser le chevauchement entre le faisceau infrarouge et la place des ions déposés sur la surface.
  2. Effectuer les expériences de IRRAS dans une géométrie en incidence rasante utilisant un spectromètre FTIR équipé d'un azote liquide refroidi mercure-cadmium-tellurure (MCT) Détecteur.
  3. Utiliser un miroir plat recouvert d'or pour diriger la lumière sortant du spectromètre FTIR sur un miroir parabolique de l'or. Réfléchir la lumière à partir du miroir parabolique dans un fil infrarouge moyen polariseur à grille et dans la chambre à vide à travers une fenêtre.
  4. Diriger la lumière infrarouge provenant du spectromètre sur la surface COOH-SAM positionné à l'intérieur de la chambre à vide. Remarque: La chambre à vide est maintenu à une pression de 10 -5 Torr pendant ion atterrissage en douceur.
  5. Positionner le SAM réfléchissant sur la surface en or à l'intérieur de la chambre à vide au niveau du point focal du premier miroir parabolique à l'aide du traducteur-z entraîné par un moteur.
  6. Refléter la lumière infrarouge pénétrant dans la chambre à vide à partir de la surface de la SAM et à l'extérieur de la chambre à travers une seconde fenêtre de visualisation. Utiliser un second miroir d'or parabolique pour focaliser la lumière réfléchie par la surface sur un détecteur MCT.
  7. Purger le trajet du faisceau infrarouge à l'extérieur de la chambre à vide avec N2.
  8. Acspectres de cahier à intervalles réguliers lors du dépôt.

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Representative Results

1. Etude de la réactivité de Ru (bpy) 3 2 + sur COOH-SAM Utilisation in situ TOF-SIMS

Atterrissage en douceur d'ions organométalliques en masse sélectionné dans fonctionnalisé MCS est d'abord illustrée à l'aide in situ TOF-SIMS de fournir une sensibilité maximale en direction de la détection des adduits formés entre les ions déposées et les molécules individuelles dans les couches monocellulaires ainsi que les produits de réactions chimiques après exposition des surfaces à gaz réactifs. Le doublement chargé Ru (bpy d') 3 2 + ion provient de la dissolution et de dissociation en phase solide de tris (2,2 '-bipyridyle) de cristaux dichlororuthénium (II) hexahydraté dans le méthanol. Le Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 dication choisi pour les expériences d'atterrissage doux représentatifs décrits ici est l'ion le plus abondant généré à partir d'ionisation par électrospray de la solution. Undercoordinated Ru (bpy) 2 + 2 ions sont préparés par fragmentation d'un ligand bipyridine à partir de chacune entièrement ligaturé Ru (bpy) 3 2 + ions. Ceci est induite par phase gazeuse collision induite par dissociation dans la première région quadripolaire de l'instrument d'atterrissage en douceur représenté schématiquement sur ​​la figure 1. Un courant d'ions de l'ordre de 100 Pa et 60 Pa est dirigée vers le COOH-SAM surfaces 30 et 45 min pour Ru (bpy) 3 2 + et Ru (bpy) 2 + 2, respectivement, correspondant à un débit total de 5 x 10 11 ions de masse sélectionnée à une tache circulaire d'environ 3 mm de diamètre. L'énergie cinétique des ions qui approchent la surface est déterminée par le réglage des potentiels appliqués au second quadripôle de collision (voir figure 1) et la surface. L'énergie cinétique est fixé à environ 10 eV par charge pour toutes les expériences d'atterrissage doux effectuées à l'aide in situ TOF-SIMS appareil.

Après l'atterrissage en douceur de 5 x10 11 intacte Ru (bpy) 3 2 + ions sur la surface de la COOH-SAM, un certain nombre de nouveaux sommets qui ne sont pas présents avant le dépôt devenir important dans les spectres TOF-SIMS. Enveloppes isotopiques correspondant à intact doublement chargé Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 et monochargés Ru (bpy) 3 + m / z = 570 a été observée après l'atterrissage en douceur de Ru (bpy) 3 2 + sur le COOH- surface SAM. L'abondance relative de ces espèces suggère que la réduction de la charge ionique du Ru (bpy) 3 2 + Ru (bpy) 3 + prend rapidement place sur la surface de la COOH-SAM. Une autre enveloppe isotopique est présent à m / z = 414, qui correspond au fragment Ru (bpy) 2 +. Cet ion à charge unique, qui résulte de la perte d'un ligand bipyridine seule charge de Ru (bpy) 3 +, est probablement formé par dissociation de Ru (bpy) 3+ Lors de l'analyse par TOF-SIMS. En revanche, le spectre TOF-SIMS obtenu suite à l'atterrissage en douceur du fragment Ru (bpy) 2 + 2 manque ou l'autre des pics caractéristiques liées au complexe intact (à savoir Ru (bpy) 3 2 + ou Ru (bpy) 3 +) . Plus important encore, un pic correspondant à une Ru (bpy) + produit d'addition de 2-thiol à m / z = 700 est observée, qui indique une très forte liaison entre l'ion undercoordinated et la surface de la monocouche. Les pics correspondant à cette espèce sont décrits en évidence sur la figure 2a.

Après l'atterrissage en douceur, les surfaces COOH-SAM sont exposés à des pressions contrôlées de navigateur O 2 ou C 2 H 4 dans la région de dépôt de l'instrument pour examiner la réactivité chimique des complexes organo-métalliques immobilisés. Après l'exposition au gaz, les surfaces sont analysés de nouveau in situ par TOF-SIMS.Présenté dans les figures 2B et 2C sont in situ TOF-SIMS spectres obtenus directement après l'exposition de la COOH-SAM surfaces contenant doux atterri Ru (bpy) 3 2 + et Ru (bpy) 2 2 + ions à O 2 et C 2 H 4. Comme indiqué dans le paragraphe précédent, après l'atterrissage en douceur de Ru (bpy) 2/3 2 + sur COOH-SAM surfaces une distribution isotopique correspondant à un produit d'addition électrostatique formée entre les ions et les molécules de surface est observée. Après exposition de la surface à 10 -4 Torr de O 2 pendant 30 min les spectres TOF-SIMS montrent qu'il existe une réduction évidente de l'abondance du pic de produit d'addition à m / z = 700 accompagnée d'une augmentation concomitante de l'abondance de l' deux nouvelles enveloppes isotopiques centrés à m / z = 716,2 et 732,2. Ces pics sont en accord avec l'addition d'atomique (O) et moléculaire (O 2) de l'oxygènepour le produit d'addition organométallique de surface, respectivement. De plus, ce produit d'addition paraît être oxydé avec près de 50% l'efficacité de conversion. Après exposition à l'O 2 et de l'analyse in situ par TOF-SIMS les surfaces sont positionnées en arrière dans la région de l'atterrissage en douceur de l'instrument et on les expose à 10 -4 Torr de C 2 H 4 pendant 30 min. Après la deuxième exposition de gaz à la surface est de nouveau transféré à la région SIMS de l'instrument pour une autre série d'analyses. L'inspection du spectre TOF-SIMS suite d'une exposition à C 2 H 4 indique une diminution de l'abondance relative du produit d'addition organométallique seul oxydé à m / z = 716. Cette observation est cohérente avec la désoxygénation du complexe organométallique immobilisé lors de l'exposition à C 2 H 4. Cette hypothèse est de conduire à la formation de l'hydrocarbure oxydé (C 2 H 4 O), qui est libéré de la phase gazeuse. Par conséquent, through une combinaison d'atterrissage en douceur de masse des ions sélectionnés et des analyses in situ par TOF-SIMS, il est possible d'isoler de façon sélective des composés organométalliques sur des surfaces et examiner leur réactivité envers des molécules gazeuses. De plus, le comportement des ions undercoordinated qui ne sont pas accessibles en solution peut être examinée. Un schéma décrivant ce qui est réalisé pour ce système représentatif par la combinaison des ions atterrissage et analyse doux par in-situ TOF-SIMS est présentée en figure 3.

2. L'étude de la rétention de charge de Ru (bpy de) 3 2 + sur COOH-SAM Utilisation in situ FT-ICR-SIMS

Atterrissage en douceur des ions de masse sélectionné est également réalisée en utilisant un deuxième instrument qui permet d'analyser les surfaces in situ par FT-ICR-SIMS. Cette approche complémentaire, qui permet l'analyse SIMS des surfaces à la fois pendant et après l'atterrissage en douceur d'ions, est capable de fournir insroite dans la cinétique de la réduction de la charge et de la neutralisation, ainsi que la désorption des ions déposés sur les surfaces 115. C'est une technique particulièrement efficace parce que l'abondance relative des différents états de charge ionique sur la surface peut être surveillée pendant des périodes de plusieurs heures. Les résultats représentatifs pour Ru (bpy) 3 2 + soft atterri sur une surface COOH-SAM sont présentés dans la figure 4. Pendant l'atterrissage doux Ru doublement chargé (bpy) 3 2 + ion présente une augmentation linéaire en abondance sur la surface COOH-SAM . L'abondance mesurée atteint un maximum à la fin de l'atterrissage en douceur, et est suivie d'un plateau étendu sur la surface COOH-SAM. Cela indique que la surface COOH-SAM est particulièrement efficace pour la préservation de l'état de charge ionique des ions intacts suivants atterrissage en douceur. Le Ru seule charge (bpy) 3 + ion présente également une augmentation linéaire de l'abondance par rapport au temps pendant l'atterrissage en douceur . A la fin de l'atterrissage en douceur, cependant, l'ion monochargé diminue en abondance. L'abondance de l'ion fragment seule charge résultant de la perte d'un ligand bipyridine à partir de Ru (bpy) 3 + formant Ru (bpy) 2 + est également représenté sur la Figure 4. Cette ions présente une augmentation linéaire en abondance lors de l'atterrissage doux suivi d'un déclin de l'abondance de la SAM-COOH après la fin du dépôt. Parce que l'énergie de liaison des ions à la surface augmente avec l'état de charge, il est raisonnable de supposer que les ions à charge subissent désorption plus facile de la surface par rapport aux ions doublement chargés, ce qui est cohérent avec la perte rapide d'ions à charge unique observé dans cette étude. Atterrissage en douceur couplé avec in situ FT-ICR-SIMS est, par conséquent, une technique puissante pour des processus tels que la réduction de la charge, la neutralisation et la désorption des ions déposés sur les surfaces de l'enquête.

ove_title "> 3. Exploration des caractéristiques structurelles de Ru (bpy) 3 2 + sur COOH-SAM Employant In Situ IRRAS

Le troisième instrument utilisé pour caractériser des ions mous-débarquement est capable d'obtenir des spectres de vibration du Ru (bpy) 3 2 + ions sur la SAM-COOH, en plus de la détection des changements de la surface chimiquement modifiée en raison d'interactions ion-surface. Cet instrument est particulièrement puissante car elle mesure les changements dans les caractéristiques vibratoires de la surface à la fois pendant et après l'atterrissage en douceur. Par conséquent, une mine d'informations structurelles relatives des ions doux reçus peuvent être obtenus à l'aide de cet instrument, à condition que les niveaux d'ions sous-monocouches sont déposées et que la transition des moments dipolaires du mou atterri ions sont alignés favorablement et possèdent une intensité suffisante pour interagir avec l' polarisée photons incidents IR sur la surface.

Le spectre infrarouge obtenu à la suite Landi douxng de 5 x 10 12 Ru (bpy) 3 2 + ions sur la surface COOH-SAM est présenté dans la Figure 5. Nous notons que parce que le spectre de la nue COOH-SAM IR a été utilisé comme le spectre de fond, les caractéristiques observées après dépôt ions proviennent uniquement des modes de vibration des ions mous atterri. Neuf caractéristiques vibratoires sont marquées d'un astérisque dans le spectre IR signatures spectroscopiques uniques du Ru (bpy) 3 2 +. Ces caractéristiques IR sont en bon accord avec les valeurs précédemment assignés pour cet ion organométallique 122123. Sur les fréquences de vibration observées, le CC étirement (1606; 1570; 1042 cm -1) et CCH flexion (1466; 1450; 1420; 1257; 1186 cm -1) des bandes ainsi que la signature IR d'un tronçon du CN à 1549 cm -1 sont affectés que les caractéristiques uniques de la structure moléculaire de Ru (bpy) 3 2 +. Lors d'ionsdes expériences d'atterrissage doux, il est souhaitable de caractériser la surface en utilisant des techniques de spectroscopie dans le but de confirmer l'identité de l'espèce et déposés pour mieux comprendre éventuelles modifications de structure qui peuvent résulter d'interactions ion-surface. À cette fin, l'in situ IRRAS instrument d'atterrissage en douceur se révèle être une ressource précieuse qui contribue à l'information plus large recueillies sur le système d'intérêt en utilisant TOF et FT-ICR-SIMS.

Figure 1
. Figure une illustration schématique de l'appareil de dépôt ionique couplée à la TOF-SIMS: I, ion région en forme d'entonnoir (7 x 10 -1 Torr). II, collision région quadripolaire (1 x 10 -1 Torr). III, la sélection de masse et en se concentrant région (2 x 10 -4 Torr). IV, le dépôt rerégion (1 x 10 -6 Torr). (1) capillaire chauffé, (2) un entonnoir à ions électrodynamique, (3) première limite de conductance (4), premier quadripôle de collision (5), deuxième limite de conductance, quadripôle (6) la résolution, (7) deux lentilles de focalisation (8), deuxième quadripôle de collision, (9) troisième limite de conductance, lentille (10) Einzel, (11) quadripolaire cintreuse, (12) deux lentilles Einzel, (13) la plate-forme cible (14), montage en surface (15), traducteurs magnétiques. Ce chiffre a été modifié depuis [Analytical Chemistry 2010, 82 (13), 5718-5727]. Cliquez ici pour agrandir l'image .

Figure 2
Spectres Figure 2. TOF-SIMS (m / z 690 à 740). Obtenu a) après masdépôt s-sélectionné de Ru (bpy) 2 + 2 (noir) et le Ru (bpy) 3 2 + (rouge) sur la surface de la SAM-COOH, b) après une exposition à O 2 et c) après l'exposition à C 2 H 4. Ce chiffre a été modifié depuis [Chimie-A European Journal 2010, 16 (48), 14433-14438]. Cliquez ici pour agrandir l'image .

Figure 3
Figure 3. Représentation schématique de l'immobilisation de Ru (bpy) 2 + 2 sur COOH-SAM surfaces par phase gazeuse ligand décapage et atterrissage en douceur des ions de masse sélectionné. Ce chiffre a été modifié depuis [Chimie-A European Journal 2010, 16 (48), 14433-14438]. Cliquez ici pour agrandir l'image .

Figure 4
Figure 4. FT-ICR SIMS parcelles cinétiques. Obtenu pour Ru (bpy) 3 2 + (m / z = 285, carrés noirs), Ru (bpy) 3 + (m / z = 570, triangles bleus) et Ru (bpy ) 2 + (m / z = 414, points rouges) après l'atterrissage en douceur de Ru (bpy) 3 2 + sur une surface COOH-SAM. Cliquez ici pour agrandir l'image .

Figure 5 Figure 5. IRRAS spectre de ~ 5 x 10 12 Ru (bpy) 3 2 + ions doux débarqué sur la surface d'un COOH-SAM. Les principales caractéristiques vibratoires affectés à Ru (bpy) 3 2 + sont indiqués par un astérisque. Cliquez ici pour agrandir l'image .

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Discussion

Atterrissage en douceur des ions de masse choisi est généralement effectuée en utilisant des instruments sur mesure unique qui existe dans plusieurs laboratoires dans le monde qui sont spécialement équipés pour ces expériences. Les modifications sont constamment apportées à ces instruments pour faciliter l'ionisation d'un plus large éventail de composés, pour atteindre plus grands courants ioniques et raccourcir les délais de dépôt, pour multiplexer atterrissage en douceur et atteindre ainsi le dépôt simultané de plusieurs espèces à différents endroits sur la surface, et à permettre une sélection plus précise des ions à la fois par rapport masse-charge et de la mobilité des ions avant dépôt. D'une manière similaire, une gamme constante évolution des techniques de caractérisation est couplé avec l'ion d'atterrissage doux instrumentation pour permettre à l'analyse in situ de la matière déposée. En dépit de ces différences entre les différents instruments, l'un des problèmes les plus fréquemment rencontrés dans les expériences d'atterrissage doux est l'incapacité àun trajet de faisceau suffisamment résistant et stable d'ions de masse sélectionnée à partir de la région de source de l'instrument vers la surface. Cela peut résulter d'une mauvaise efficacité d'ionisation à la source, des tensions qui orientent les ions à travers l'instrument mal ajusté, et un mauvais contact électrique entre la surface et l'électromètre utilisé pour mesurer le courant d'ions reçus doux. Dans de telles situations problématiques, le faisceau d'ions peut être acheminé à travers l'appareil manuellement en maximisant le premier courant ionique mesuré à la première étape de l'instrument, puis optimiser systématiquement le courant mesuré sur chaque optique subséquent le long du trajet de faisceau totale. Les problèmes courants rencontrés lors de l'analyse in situ des matériaux reçus mous comprennent de grands signaux de fond à partir de molécules de contaminants tels que les hydrocarbures adventices. Pour cette raison, il est essentiel que les surfaces sont préparés avec soin et de manière reproductible avant chaque expérience d'atterrissage en douceur.

Sift atterrissage d'ions de masse sélectionné peut être utilisé pour préparer les surfaces extrêmement bien définis pour une analyse ultérieure par SIMS in situ et la spectroscopie IRRAS ainsi que toute une série de microscopie ex situ et de spectroscopie techniques supplémentaires 6. La sélection de masse offre un contrôle précis sur la composition moléculaire et l'état de charge ionique des matériaux reçus doux. En outre, sans précédent propreté de la surface peut être obtenu avec l'ion atterrissage en douceur, car les contaminants ordinaires, tels que des molécules neutres, des contre-ions et de solvant qui sont présentes dans la solution sont éliminés du faisceau ionique avant le dépôt de sorte que seuls les ions de masse sélectionnée sont déposés sur le substrat sous des conditions de vide stériles. La couverture des ions sur la surface peut être soigneusement contrôlée par le contrôle du courant d'ions reçus mous et en faisant varier la longueur de la déposition en conséquence. L'énergie cinétique des ions peut être réduite pour atteindre les conditions d'atterrissage doux ou augmentée pour favoriser réagirive atterrissage par la formation d'une liaison covalente 14 ou "ancrage" des ions dans la surface 22.

In situ TOF-SIMS, par rapport à l'autre technique FT-ICR-SIMS, est généralement caractérisée par une plus grande sensibilité, la plage dynamique plus grande, moins la fragmentation des ions secondaires pulvérisés, et moins de réactions de matériau pulvérisé dans le panache d'ions secondaires. La plage dynamique plus large et une plus grande sensibilité de TOF-SIMS permettent la détection des espèces de faible abondance produites par ions atterrissage en douceur sur les surfaces. Utilisation in situ TOF-SIMS, il est possible d'identifier les produits d'addition qui sont formés entre au débarquement des ions et des molécules gazeuses sur la surface des monocouches. En outre, in situ TOF-SIMS illustre le fait que les ions undercoordinated préparés en phase gazeuse par dissociation induite par collision peuvent être plus actif vers l'immobilisation de la surface que les ions entièrement ligaturés. Il convient de noter que ces ions métalliques undercoordinated n'existent pas dans les ee phase de solution et, par conséquent, représentent de nouvelles espèces préparés en utilisant les capacités de l'instrumentation d'atterrissage en douceur et identifiés à l'aide TOF-SIMS. Une autre capacité puissante de l'in situ TOF-SIMS instrument est la capacité à exposer les surfaces à des pressions contrôlées de gaz réactifs et à analyser les changements dans la composition de surface, sans casser le vide par la suite.

In situ FT-ICR-SIMS, bien que généralement moins sensible et sujette aux rendements un peu plus élevés d'ions et des produits de réactions ion-molécule en phase gazeuse que TOF-SIMS fragments, offre la possibilité supplémentaire d'être en mesure de surveiller la composition de la surface à la fois pendant et après l'atterrissage en douceur sur une période de plusieurs heures. Cette information est essentielle aux processus tels que la réduction de la charge et de désorption d'ions de la surface comprendre. Par exemple, cet instrument a déjà été utilisé pour surveiller redox prise de chimie entre deux ions différentsdoux atterri sur le même SAM 80. En outre, la réduction de la charge et de désorption cinétique des ions peptidiques protonés multiplient aussi ont été étudiés à l'aide de cet instrument et les données ont été appliquées pour produire un modèle cinétique décrivant l'évolution des différentes espèces chargées sur les surfaces de SAM au fil du temps.

Employant en IRRAS in situ, des informations structurelles sur les ions reçus doux sur les surfaces peut être obtenue pour vérifier que les ions conservent leur intégrité au cours du processus de dépôt. Ceci est réalisé en comparant les spectres infrarouge mesurée d'ions sur des surfaces avec des spectres précédente obtenus par spectroscopie infrarouge dans la phase gazeuse et la phase de solution, ainsi que des spectres IR calculé en utilisant la modélisation théorique. En comparant cette information structurelle connue avec les caractéristiques vibratoires mesurées sur les échantillons déposés, les modifications des structures en phase gazeuse peuvent être identifiés. En outre, un aperçu des interactions ion-surface peut être aussicertained à partir de l'observation des caractéristiques de vibration qui augmentent en intensité au cours de l'atterrissage en douceur. Cette observation est cohérente avec la formation de nouvelles liaisons sur la surface. Dans la même veine, les caractéristiques vibratoires qui diminuent au cours du processus d'atterrissage en douceur peuvent être le signe de réactions d'obligations à briser.

La préparation contrôlée de haute pureté films minces sur des surfaces est nécessaire pour une variété d'applications en science des matériaux de microfabrication et 124. Actuellement, une méthode courante pour la préparation de films organiques minces et des interfaces hybrides organiques-inorganiques est le dépôt de la couche moléculaire (MLD), qui dépend de réactions interfaciales intervenant entre les molécules et les surfaces 125 126 auto-limitation. MLD permet beaucoup de contrôle sur le processus de dépôt et, par conséquent, produit généralement des films de qualité supérieure sur les surfaces que les méthodes phase solution 127. Néanmoins, en dépit de la Comme généraliséeutilisation Rcial de MLD, cette technique est connu pour souffrir de plusieurs limites importantes qui ont été examinés dans une publication récente 128. Plus important encore, en raison du fait que MLD repose sur le dépôt de molécules neutres de la phase gazeuse, il est limité aux réactifs thermiquement stables qui ont une pression de vapeur suffisante pour obtenir des taux de dépôt efficaces sans provoquer une dégradation thermique du composé. Une autre limitation de MLD provient du fait que la réactivité de molécules avec des supports solides peut être réduite de manière significative en l'absence de solvant. Atterrissage en douceur des ions de masse sélectionnés sur des surfaces de surmonter ces limitations majeures de MLD. Premièrement, douce ionisation électrospray employant peut produire des ions de grosses molécules thermolabiles qui ont une très faible volatilité sans induire la fragmentation ou la dégradation. En outre, les sources d'ions non-thermiques peuvent être utilisés pour générer une série de grappes et de nanoparticules homogènes ou hétérogènes qui ne sont pas sensibles à la imprel volatilisation. De plus, les ions peuvent être accélérés avant le dépôt de l'énergie cinétique nécessaire pour surmonter les obstacles potentiels associés à des réactions interfaciales.

Atterrissage en douceur des ions de masse choisi est particulièrement bien adapté à l'immobilisation contrôlée de molécules complexes, des grappes et des nanoparticules sur des substrats. Cependant, la préparation à l'échelle industrielle de matières avec cette technique est limitée en raison du fait que les courants ioniques typiques obtenus avec ESI sont de plusieurs ordres de grandeur plus faibles que ceux qui sont actuellement utilisés dans des procédés de micro-et nano fabrication existants. Le développement continu de forte transmission sources lumineuses ESI 129-131, haute puissance et taux de répétition rapide des sources laser pulsées 25132 et sources continues basé sur DC et RF pulvérisation magnétron 43,65,133-135 est une condition essentielle pour assurer la transition atterrissage en douceur d'un outil puissant dans la science fondamentale à une approche pratiquepour la microfabrication. Dans le futur, combinant atterrissage en douceur à la mobilité des ions séparation 113 facilitera le contrôle précis de la fois le primaire et la structure secondaire d'ions complexes, ce qui est important à la fois pour des applications pratiques, ainsi que pour étudier l'effet des différentes surfaces de la structure secondaire de ions immobilisés. En outre, les capacités uniques de doux instrumentation d'atterrissage seront utilisés pour manipuler des molécules en phase gazeuse, soit par fragmentation de collision ou de réactions ion-molécule, de générer de nouvelles espèces qui ne peuvent être obtenus par synthèse en solution.

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Disclosures

Les auteurs n'ont rien à révéler.

Acknowledgments

Cette recherche a été financée par le Bureau des sciences fondamentales de l'énergie, Division des sciences chimiques, sciences de la terre et Biosciences du Département américain de l'Énergie (DOE). GEJ reconnaît le soutien du Programme de laboratoire de recherche dirigé et du développement à la Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) Linus Pauling bourse et. Ce travail a été effectué en utilisant EMSL, une installation de l'utilisateur scientifique national parrainé par le ministère de l'Office de l'énergie de recherche biologique et environnementale et situé à PNNL. PNNL est exploité par Battelle pour le US 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  

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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).

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