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 veldefinerede Overflader Udarbejdet af Soft Landing af Mass udvalgte ioner

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

Summary

Blød landing af masse-udvalgte ioner på overflader er en kraftfuld metode til den meget kontrollerede udarbejdelse af nye materialer. Kombineret med analyse af in situ sekundær ion massespektrometri (SIMS) og infrarød refleksion absorption spektroskopi (IRRAS), blød landing giver hidtil usete indsigt i samspillet mellem veldefinerede arter med overflader.

Abstract

Blød landing masse udvalgte ioner på overflader er en kraftfuld metode til stærkt kontrollerede fremstilling af materialer, der er utilgængelige ved anvendelse af konventionelle synteseteknikker. Kobling blød landing med in situ karakterisering ved hjælp af sekundær ion massespektrometri (SIMS) og infrarød refleksion absorption spektroskopi (IRRAS) gør analyse af veldefinerede overflader under rene vakuum. Funktionerne i tre soft-landing instrumenter bygget i vores laboratorium er illustreret for det repræsentative system af overflade-bundne organometalforbindelser udarbejdet af blød landing af masse-valgt ruthenium tris (bipyridin) dications [Ru (bpy) 3] 2 + (bpy = bipyridin), på carboxylsyre opsagt selvstændige samlet monolag overflader på guld (COOH-SAM). In situ time-of-flight (TOF)-SIMS giver indblik i reaktiviteten af de soft-landede ioner. Desuden kinetik reduktion ladning, neutralisation og desorption forekommer på COOH-SAM både under og efter ion blød landing studeres ved hjælp af in situ Fouriertransformation ion cyklotron resonans (FT-ICR)-SIMS målinger. In situ IRRAS eksperimenter giver indsigt i, hvordan strukturen af organiske ligander omkringliggende metal centre er forstyrres ved immobilisering af organometalliske ioner på COOH-SAM overflader ved blød landing. Kollektivt, de tre instrumenter giver supplerende oplysninger om den kemiske sammensætning, reaktivitet og struktur veldefinerede arter understøttes på overflader.

Introduction

Blød landing af masse-udvalgte ioner på overflader er stadig et emne af aktuel forskning interesse på grund af de demonstrerede kapacitet af teknik for den meget kontrollerede udarbejdelse af nye materialer 1-6. De seneste bestræbelser har indikeret potentielle fremtidige anvendelser af blød landing af masse-udvalgte ioner i forberedelsen af peptid og protein arrays til brug i high-throughput biologisk screening 7,8, separation af proteiner og konformationel berigelse af peptider 9-12, kovalent binding af peptider til overflader 9,10,13,14, chirale berigelse af organiske forbindelser 15, elektrokemisk karakterisering af specifikke redox-aktive proteiner 16-18, produktion af tynde molekylære film 19,20, behandling af makromolekyler såsom graphene 21 og udarbejdelse af model katalysator systemer gennem blød landing af ioniske klynger 22-39, nanopartikler 40-48 og organometallisk complexes på support materialer 19,49-56. Begrebet modificere overflader gennem blød landing polyatomic ioner blev ved Cooks og kollegaer oprindeligt blev foreslået i 1977 57.. I de efterfølgende år er der blevet udviklet en bred vifte af instrumentale tilgange til kontrolleret deponering af masse-udvalgte ioner fra gas- fase på overflader 1,4,5. Er blevet produceret ioner gennem processer såsom elektrospray (ESI) 10,58,59, matrix-assisteret laser desorption / ionisering (MALDI) 21, electron impact ionisering (EI) 60,61, pulserende lysbue 62, inaktiv gas kondens 36 , 63, magnetronforstøvning 64,65, og laser fordampning 25,66,67. Masse udvalg af gas-fase ioner forud for blød landing er opnået hovedsagelig beskæftiger quadrupol masse filtre 58,68,69, magnetisk afbøjning udstyr 70, og lineære ionfælde instrumenter 8,59. Et særligt notaBLE forhånd ion blød landing metode skete for nylig med en vellykket gennemførelse af omgivende ion soft-og reaktiv landing af Cooks og medarbejdere 71,72. Ved hjælp af disse forskellige ionisering og masse-selektionsteknikker har samspillet mellem Hypertermisk (<100 eV) polyatomic ioner med overflader blevet undersøgt for bedre at forstå de faktorer, der påvirker effektiviteten af ​​ion blød landing, og de konkurrerende processer reaktiv og ikke-reaktive spredning som samt overflade-induceret dissociation 4,73-75.

Udarbejdelsen af veldefinerede model katalysatorer til forskningsformål har været en særdeles frugtbar anvendelse af blød landing af masse-udvalgte ioner 25,34,35,56,76-81. I størrelse vifte af nanoskala klynger, hvor fysiske og kemiske adfærd ikke skaleres lineært med klynge størrelse, er det blevet påvist, at tilsætning eller fjernelse af enkelte atomer til eller fra klynger drastisk kan påvirke their kemisk reaktivitet 82-84. Denne nanoskala fænomen, der skyldes kvante indespærring, blev demonstreret overbevisende ved Heiz og medarbejdere 85 for en model katalysator bestående af bløde landede klynger af otte guld atomer (Au ​​8) understøttet på en defekt-rige MgO overflade. Adskillige supplerende undersøgelser har fremlagt dokumentation for størrelsen-afhængige reaktionsevne klynger på overflader 34,77,86,87. Desuden høj opløsning elektron mikroskopi billeder viser, at klynger indeholder så få som ti 88 og Femoghalvtreds 89 atomer kan være høj grad ansvarlig for den overlegne aktivitet af bulk-syntetiseret guld katalysatorer understøttet på jernoxider. Anvender blød landing af masse-udvalgte ioner, er det muligt at fremstille stabile arrays af størrelse udvalgte klynger og nanopartikler, der ikke diffunderer og agglomererer i større strukturer på overfladen af støtte materialer 90-92. Disse tidligere undersøgelser tyder på, at med løbendening udvikling, kan blød landing af masse-udvalgte klynger og nanopartikler blive en alsidig teknik til skabelse af højaktive heterogene katalysatorer, der udnytter den emergente adfærd af et stort antal identiske klynger og nanopartikler i udvidede arrays på overflader. Disse ekstremt veldefinerede systemer kan anvendes til forskningsformål at forstå, hvordan kritiske parametre såsom klynge størrelse, morfologi, elementær komposition og overflade dækning indflydelse katalytisk aktivitet, selektivitet og holdbarhed.

Organometalliske komplekser, der typisk anvendes i løsning-fase som homogene katalysatorer kan også være immobiliseret på overflader gennem blød landing af masse-udvalgte ioner 56,80,81. Montering ioniske metal-ligand-komplekser til faste understøtninger til at producere hybrid organiske-uorganiske materialer er i øjeblikket et aktivt forskningsområde i katalyse og overflade videnskab samfund 93. Det overordnede mål er at opnå den højeselektivitet mod et ønsket produkt løsning-fase metal-ligand-komplekser samtidig lette en lettere adskillelse af produkter fra katalysatorer og reaktanter tilbage i opløsning. På denne måde, overflade immobiliseret organometalliske komplekser høste fordelene af både homogene og heterogene katalysatorer. Gennem udvælgelse af et passende substrat, er det muligt at bevare eller endda forbedre den organiske ligand miljøet omkring det aktive metal center samtidig opnå en stærk overflade immobilisering 94. Selvstændige samlet monolag overflader (SAM) på guld kan opsiges med en række forskellige funktionelle grupper, og er derfor ideelle systemer til at undersøge muligheden for tethering organometalliske komplekser til overflader gennem blød landing af masse-udvalgte ioner 95. Endvidere har ionisering metoder såsom atmosfærisk tryk termisk desorption ionisering (APTDI) tidligere vist til opnåelse af gas-fase blandet metal uorganiske komplekserder ikke er tilgængelige via syntese i opløsning 96. I en lignende åre, ikke-termisk kinetisk begrænset syntese og ionisering teknikker såsom magnetronforstøvning 65, gas sammenlægning 63 og laser fordampning 66 også kan kobles med ion blød landing instrumentering til at give en alsidig rute til nye uorganiske klynger og nanopartikler understøttet på overflader.

For at udvikle blød landing af masse-udvalgte ioner ind i en moden teknologi til fremstilling af materialer, er det afgørende, at informative analysemetoder kobles med blød landing instrumentering til at undersøge de kemiske og fysiske egenskaber af overflader før, under og efter deponering af ioner. Til dato har et væld af teknikker blevet anvendt til dette formål, herunder sekundær ion massespektrometri (SIMS) 19,97-100, temperatur programmeret desorption og reaktion 50,52, laserdesorption og ionisering 101 pulseret molekylstraalen reaktion 102, infrarød spektroskopi (FTIR og Raman) 98103104, overflade Raman spektroskopi 103.105, cavity ringdown spektroskopi 106 x-ray fotoelektronspektroskopi 35.107, scanning tunneling mikroskopi 33,108-111, atomic force mikroskopi 112-114, og transmission elektronmikroskopi 39.. Men for at mest præcist karakterisere overflader tilberedt eller modificeret ved ion blød landing, er det afgørende, at analysen skal udføres in situ uden eksponering af substratet til miljøet i laboratoriet. Tidligere analyser udført in situ har givet indsigt i fænomener såsom reduktion af ionisk ladning af bløde landede ioner over tid 37,38,115,116, desorption af blød landede ioner fra overflader 52, effektivitet og kinetisk energi afhængighed af ion reaktiv landing 14,81 og påvirkning af størrelsenpå den katalytiske aktivitet af klynger og nanopartikler aflejres på overflader 117. Ved hjælp af et eksempel i vores laboratorium har vi studeret systematisk kinetik protonerede peptider på overfladen af forskellige SAM 3 reduktion beregning. Disse forsøg blev udført med en unik blød landing instrument koblet til en Fouriertransformation-cyklotron resonans sekundær ion massespektrometer (FT-ICR-SIMS), der muliggør in situ-analyse af overflader både under og efter blød landing af ioner 97. At udvide disse analytiske evner, en anden, der er konstrueret, der tillader in situ karakterisering af bløde landede ioner på overflader ved hjælp af IRRAS 104. Denne overflade-følsomme infrarøde teknik muliggør dannelse obligation og destruktion processer samt konformationsændringer i komplekse ioner og overfladelag, der skal overvåges i realtid, både under og efter blød landing 12. For eksempel, ved hjælp af IRRAS det varpåvist, at ion blød landing kan anvendes til kovalent immobilisering af masseproducerede valgte peptider på N-hydroxysuccinimidylester funktionaliseret SAM 13,14.

Heri, illustrerer vi funktionerne i tre unikke specialbyggede instrumenter placeret på Pacific Northwest National Laboratory, der er designet til in situ TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS, og IRRAS analyse af substrater produceret gennem blød landing af masse-udvalgte ioner på overflader. Som et repræsentativt system, vi præsenterer resultater for blød landing af masse-valgt organometallisk ruthenium tris (bipyridin) dications [Ru (bpy) 3] 2 + onto carboxylsyre opsagt SAM (COOH-SAM) til at forberede immobiliserede metalorganiske komplekser. Det er vist, at TOF-SIMS in situ giver fordelene ved ekstremt høj følsomhed og stor samlet dynamikområde, der letter identifikation af lav hyppighed arter, herunder reaktive mellemprodukter, der kun kan presendt i korte perioder af tid på overfladerne. TOF-SIMS giver også indblik i, hvordan fjernelsen af ​​en ligand fra et organometallisk ion i gas-fasen forud for blød landing, påvirker dens effektivitet mod immobilisering på overflader og dets kemiske reaktivitet over gasformige molekyler. Supplerende karakterisering ved hjælp af in situ FT-ICR-SIMS giver indsigt i reduktionen afgift, neutralisering og desorptionskinetik af dobbelt ladede ioner på overfladen, mens in situ IRRAS sonderer strukturen af de organiske ligander omgiver de ladede metal-centre, som kan påvirke elektroniske egenskaber og reaktivitet af de immobiliserede ioner. Kollektivt, vi illustrere, hvordan blød landing af masse-udvalgte ioner kombineret med in situ analyse af SIMS og IRRAS giver indblik i samspillet mellem veldefinerede arter og overflader, som har konsekvenser for en bred vifte af videnskabelige satsninger.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1.. Udarbejdelse af COOH-SAM Overflader Guld til Soft Landing af Mass udvalgte ioner

  1. Opnå flad guld substrater på silicium (Si) eller glimmer backing materialer. Alternativt forberede guld film på Si eller glimmer overflader i henhold til procedurer, der er beskrevet i litteraturen 118.119. Bemærk: Brug overflader, som har følgende specifikationer: 1 cm 2 eller cirkulær og 5 mm i diameter, 525 um tyk Si lag, 50 Å tykt Ti vedhæftning lag, 1.000 Å Au lag.
  2. Placer friske guld-on-silicium overflader i glas scintillationsglas og fordybe i ren (ikke-denatureret) ethanol.
  3. Placer scintillationsrør indeholder guld overflader nedsænket i ethanol i en ultralydsrenser og vask i 20 min for at fjerne enhver overflade snavs. Bemærk: Du må ikke ultralyd vaske guld på glimmer overflader, da dette vil frigøre guldet filmen fra glimmer opbakning materiale.
  4. Fjern vaskede guld overflader fra hætteglas og tør med en strøm afrent N 2 for at forhindre dannelsen af eventuelle resterende pletter fra ethanol.
  5. Placer de tørrede guld overflader står op i en ultraviolet (UV) renere og bestråle i 20 min for at fjerne overflade organisk stof.
  6. I glas scintillationsglas forberede 5 ml 1 mM opløsninger af 16-mercaptohexadecanoic syre (COOH-SAM) i ikke-denatureret ethanol.
  7. Saltsyre til en endelig koncentration på 1% HCI i ethanol for at sikre protonering af carboxylsyregrupperne af molekylerne.
  8. Placer vaskes, tørres og UV-renset guld overflader står op i COOH-SAM løsninger, der sikrer, at hele guld overflade er fuldt nedsænket i hvert hætteglas. Tillad monolag overflader på guld til at samle mindst 24 timer i mørke (wrap hætteglas i folie).
  9. Fjern overfladerne fra COOH-SAM-løsninger og sted i nye scintillationshætteglas med 5 ml 1% HCI i ethanol. Ultralyd vaske SAM overflader i 5 min for at fjerne eventuelle fysisorberet molekyler frabout monolaget overflade.
  10. Fjern de vaskede overflader fra hætteglassene og skylles med flere portioner på 1 ml af 1% HCI i ethanol. Tør COOH-SAM overflader under en strøm af N2.
  11. Brug rene metal pincet og handsker placere et SAM overflade på en af ​​tre metal prøveholderne der er kompatible med hver blød instrument landing pas på ikke at røre ved fronten overfor guld overflade i processen. Sikre, at overfladen er stramt fastgjort på plads, og at der er en stærk elektrisk kontakt mellem bagsiden af ​​overfladen og metalprøven mount.
  12. Aktiveringen af ​​load-lock prøveintroduktion kapaciteter af de bløde landing instrumenter (hver er en smule anderledes), sikre, at porten ventilen adskille prøven introduktion region i instrumentet fra blød landing Kammeret lukkes. Bring prøven introduktion kammer op til atmosfærisk tryk ved at slukke turbomolekylær vakuumpumpe og ionisering trykmåler og closing ventilen adsorptionsledningen mekanisk vakuumpumpe.
  13. Når prøven introduktion kammer når atmosfærisk tryk åbner prøven døren og sikre prøveholderen fast til manipulator (xyz-trins-eller z-oversætter) inde i instrumentet. Luk døren og åbne ventilen til adsorptionsledningen mekanisk vakuumpumpe. Når prøven introduktion kammer når et tryk på 10 -3 Torr, tænde turbomolekylær vakuumpumpe og ionisering trykmåler.
  14. Når prøven indføres kammer når et tryk på 10 -5 Torr, åbnes skydeventilen til blød landing kammeret. Brug magnetiske manipulator eller xyz-scenen for at placere SAM overflade i overensstemmelse med ionstrålen at begynde blød landing.

2.. Soft Landing af Mass-valgte Ru (bpy) 3 2 + onto COOH-SAM Overflader

  1. Opnå tris (2,2 '-bipyridyl) dichlor-ruthenium (II) hexahydrate faststof. Opløs røde krystaller i ren methanol til create stamopløsninger med en koncentration på 10 -3 M. Fortyndes stamopløsningerne med en faktor på enten 10 eller 100 med methanol for at opnå optimal elektrospray ionstrøm masse valgt Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285.
  2. Læg de fortyndede opløsninger i 1 ml glassprøjter. Brug en sprøjte pumpe til at indgyde opløsningen gennem en 360 um udvendig diameter 80 um indvendig diameter kvartsglas kapillar der er forudindtaget mellem 2-3 kV at generere positive ioner. Juster sprøjtepumpe strømningshastighed 20-40 ul / hr at opnå optimal ionstrøm og stabilitet ved overfladen.
  3. Juster kvadrupol masse-filter på massen af Ru (bpy) 3 2 +-ion m / z = 285 for at forhindre blød landing bortset Ru (bpy) 3 2 + arter på overfladen. Ved hjælp af en høj modstandsdygtighed elektrometeret forbundet til underlaget gennem et vakuum af elforsyning-through, justere spændingen indstillinger af ion optik ogradiofrekvens ion guider at maksimere ionstrømmen og stabiliteten af Ru (bpy) 3 2 + målt ved SAM overfladen. Lad eksperimentet til at køre i en valgt periode for at opnå den ønskede dækning af ioner på overfladen af ​​COOH-SAM.
  4. Øge potentialet gradient i højtryks-kollision quadrupol region i den bløde landing instrumenter til at skabe de barske forhold, der muliggør gas-fase-ligand stripning fra organometalliske ion gennem kollision induceret dissociation. Bemærk:. Undersøg skematisk diagram af en af de tre blød landing instrumenter, hvilket også er repræsentative for de tidlige faser af de to andre instrumenter, som er præsenteret i figur 1. Fragmenteringen af Ru (bpy) 3 2 +-ion sker i Øg spænding til bagplade elektrodynamiske ion tragt til at fjerne en bipyridine ligand fra Ru (bpy) region 4. 3 2 + m / z = 285 producerer gasfase Ru (bpy) 2 2 + m / z = 207 i region 4 af instrumentet 81. Mass vælge meget reaktive undercoordinated fragmention vha. quadrupol masse filter i region 6 af instrumentet og bløde jord på COOH-SAM overflader at undersøge, hvordan omfanget af ligatur påvirker egenskaberne af understøttede metalorganiske ioner.
  5. Juster omgivende ion optik, herunder DC spændinger anvendes på kvadrupol stænger samt konduktans grænse for at maksimere strøm masse valgt Ru (bpy) 2 2 + fragmentioner på overfladen.

3.. Analyse af In Situ TOF-SIMS Før og efter eksponering for reaktive gasser

  1. Sluk for sprøjtepumpe og høj spænding til ESI emitter. Åbn skydeventilen, der adskiller de to områder af apparatet under drift. Brug magnetiske manipulator til at flytte den forberedte overflade fra en blød landing kammeret til analyse fase indeTOF-SIMS del af instrumentet.
  2. Frigør manipulator fra prøven og trække den helt fra SIMS analysen kammeret. Luk porten ventil mellem blød landing og SIMS dele af instrumentet, fordi TOF-SIMS opererer på et meget lavere tryk end den bløde landing region af instrumentet.
  3. At gennemføre den TOF-SIMS eksperiment, indlæse instrumentets kontrol fil i softwaren og sørge for, at Ga + kilde producerer en tilstrækkelig stabil strøm af primære ioner. Bemærk: Ansæt 15 keV primære gallium ioner (Ga +, 500 pa 5 nsec puls bredde, 10 kHz gentagelse rente) til at fremkalde desorption af blødt landede materiale fra overflader. Uddrag sekundære ioner udstødes fra overfladen ind i masseanalysator, som består af tre separate elektrostatiske sektorer.
  4. Acquire x-og y-aksen linje profiler hen over overfladen til at bestemme centrum for den deponerede stedet af ioner på underlaget (typisk ved midten af ​​underlaget i ennd 3 mm i diameter). Placer overflade, så Ga + primær ionstråle er indfaldende på midten af den deponerede stedet af ioner. Anskaf en TOF-SIMS massespektrum i 5 min.
  5. Sluk den primære Ga + ionstråler og høje spændinger i TOF-SIMS. Brug magnetiske manipulator til at bevæge prøven tilbage i den bløde del af instrumentet landing. Sørg for, at porten ventilen adskiller de to kamre, der er lukket, før du går videre.
  6. Brug et vakuumlækage ventil på blød landing kammer til at indføre en styret strømning af ultra-høj renhed ilt (O 2) gas fra en cylinder i instrumentet. Brug justerbare skydeventil foran turbomolekylær vakuumpumpe at drosle pumpehastigheden af pumpen for at opnå en steady state-tryk på 10 -4 Torr O 2 inde i blød landing kammeret.
  7. Efter eksponering af overfladen til O 2 for 30 min lukke lækagen ventilen, åbne porten ventilen over the turbomolekylær vakuumpumpe og at den resterende O 2 at pumpe væk. Efter at trykket i kammeret er faldet, åbnes skydeventilen til SIMS del af instrumentet og bruge den magnetiske manipulator at placere overfladen på analysen platform for en anden runde af TOF-SIMS analysen.
  8. Efter den anden TOF-SIMS spektrum opnås som beskrevet i afsnit 3,3-3,4, åbne porten ventilen og placer overflade tilbage i den bløde landing kammer for eksponering for 10 -4 Torr C 2 H 4 for 30 minutter. Udfør en SIMS-analyse igen som beskrevet ovenfor.

4.. Analyse af In Situ FT-ICR-SIMS under og efter Soft Landing

  1. Forbered SAM overflader til forsøg med in situ FT-ICR-SIMS instrument på en lignende måde som beskrevet i afsnit 1, men om cirkulær substrater 5 mm i diameter. Bemærk: Brug substrater, der er laserskåret fra en guld belagt silicium wafer (5 nm kromklæbelag og 100 nm polykrystallinske pådampet guld). Vær opmærksom på, at den mest bemærkelsesværdige forskel er, at overfladen i FT-ICR-SIMS instrument er placeret inden i boringen i en superledende magnet. Tilstedeværelsen af ​​magneten nødvendigt, at overfladerne placeret ved enden af ​​en 5 m manuel z-oversætter til at give dem mulighed for at blive placeret sikkert og justerbart på bagpladen ICR celle.
  2. Brug af load-lock interface, placere en cirkulær SAM overflade på bagsiden fældefangst plade af ICR-celle placeret inde i 6. Tesla magnet. Bemærk: Vær opmærksom på, at dette instrument er et specielt designet 6-Tesla FT-ICR massespektrometer er konfigureret til at studere ion-overflade vekselvirkninger 97.120.
  3. Betjen ion blød landing del af FT-ICR-SIMS instrument på en måde svarende til den, der er beskrevet i afsnit 2..
  4. Brug en cæsium-kilde til at skabe en kontinuerlig stråle af 8 kV Cs + primære ioner sputter overfladen under ennd efter ion blød landing.
  5. Udnyt ESI kilde placeret ved 90 ° mod de vigtigste instrument akse til at generere ioner til blød landing. Fokus ioner gennem en 90 ° bøjning quadropol 120. Bemærk: Vær opmærksom på dette instrument geometri letter samtidig blød landing af Ru (bpy) 3 2 + og transmission af den primære Cs +-ion stråle til overfladen og derved muliggør overvågning af den bløde landing processen både under og efter ion deposition.
  6. Trap og analysere de sekundære ioner udstødes fra overfladen ved hjælp af FT-ICR-MS. Bemærk: Ansæt statiske SIMS betingelser svarende til i alt ion flux på omkring 10 10 ioner / cm 2 (nuværende 4 Na, varighed 80 usek, spot diameter 4,6 mm, 10 skud pr spektrum, ~ 200 datapunkter), til disse eksperimenter, der holder i omkring 7 timer. Gennemsnit hvert SIMS spektrum over 10 skud svarende til en erhvervelse tid på ~ 10 sek.
  7. Anskaf kinetik data ved prøveudtagning SAM surface hver 4 min for ca 7 timer under og efter ion deposition.
  8. Udfør dataopsamling og instrument kontrol ved hjælp af en automatiseret modulopbygget data kontrolsystem beskrevet i litteraturen 121..

5.. Analyse af In Situ IRRAS under og efter Soft Landing

  1. Forbered SAM overflader til forsøg med in situ IRRAS instrument på en lignende måde som beskrevet i afsnit 1. Bemærk:. Vær opmærksom på, at den største forskel med IRRAS instrumentets resultater fra præcis positionering af overfladen med z-oversætter, der er nødvendige for at lokalisere underlaget i brændpunktet af parabolspejle og i overensstemmelse med den stråle af ioner. Maksimere overlapningen mellem den infrarøde stråle og stedet deponerede ioner på overfladen.
  2. Gennemføre IRRAS eksperimenter i en græsning-forekomst geometri ansætte en FTIR spektrometer forsynet med en flydende nitrogen afkølet kviksølv-cadmium-Telluride (MCT) Detektor.
  3. Udnyt en guld-belagt flade spejl at rette lyset forlader FTIR spektrometer på en parabolsk guld spejl. Reflektere lyset fra den parabolske spejl gennem en mid-infrarødt trådgitteret polarisator og ind i vakuum kammer gennem en viewport.
  4. Ret infrarødt lys fra spektrometer på COOH-SAM overflade placeret i vakuumkammeret. Bemærk: Den vakuumkammer holdes ved et tryk på 10 -5 Torr under ion blød landing.
  5. Placer reflekterende SAM på guld overflade i vakuumkammeret i brændpunktet af den første parabolske spejl vha. motordreven z-oversætter.
  6. Afspejle IR lys ind i vakuumkammeret fra overfladen af ​​SAM og ud af kammeret gennem et andet vindue. Brug en anden parabolsk guld spejl til at fokusere det reflekterede lys fra overfladen på en MCT-detektor.
  7. Purge vejen for den infrarøde stråle uden for vakuumkammeret med N2.
  8. Acanskaffe spektre med bestemte intervaller i løbet af deposition.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

1.. Undersøgelse reaktiviteten af Ru (bpy) 3 2 + på COOH-SAM Brug In Situ TOF-SIMS

Blød landing af masse-udvalgte metalorganiske ioner på funktionaliserede SAM først illustreret ved hjælp af in situ TOF-SIMS at yde maksimal følsomhed mod påvisning af fusioner skabt mellem de deponerede ioner og de ​​enkelte molekyler i monolagene samt eventuelle produkter af kemiske reaktioner efter eksponering af overfladerne til reaktive gasser. Den dobbelt opladet Ru (bpy) 3 2 +-ion stammer fra opløsning og dissociation af fastfase-tris (2,2 '-bipyridyl) dichlororuthenium (II) hexahydrat krystaller i methanol. Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 dikation udvalgt til de repræsentative blød landing heri beskrevne forsøg er den mest rigelige ion genereres fra elektrospray ionisering af opløsningen. Undercoordinated Ru (bpy) 2 2 +-ions er udarbejdet af en opsplitning af en bipyridine ligand fra hver fuldstændigt ligeret Ru (bpy) 3 2 +-ion. Dette fremkaldes af gasfase-kollision-induceret dissociation i den første kvadrupol region af blød landing instrument er vist skematisk i fig. 1. En ionstrøm på omkring 100 Pa og 60 pA er rettet mod COOH-SAM overflader 30 og 45 min for Ru (bpy) 3 2 + og Ru (bpy) 2 2 +, henholdsvis svarende til en samlet produktionstid på 5 x 10 11 masse-valgte ioner til en cirkulær plet omkring 3 mm i diameter. Den kinetiske energi af ioner nærmer overfladen bestemmes ved tilpasning af de potentialer, der anvendes til den anden kollision kvadrupol (se figur 1) og overfladen. Den kinetiske energi er fastsat til omkring 10 eV pr afgift for alle de bløde landing eksperimenter udført ved hjælp af in situ TOF-SIMS apparat.

Efter blød landing af 5 x10 11 intakt Ru (bpy) 3 2 +-ioner på overfladen af den COOH-SAM, en række nye toppe, som ikke er til stede før aflejring blive fremtrædende i TOF-SIMS spektre. Isotopiske kuverter svarende til intakt dobbelt opladet Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 og enkeltvis opladet Ru (bpy) 3 + m / z = 570 Der ses efter blød landing af Ru (bpy) 3 2 + på COOH- SAM overflade. Den relative forekomst af disse arter tyder på, at reduktion af ionladning af Ru (bpy) 3 2 + til Ru (bpy) 3 + foregår hurtigt på overfladen af COOH-SAM. En anden isotopiske kuvert er til stede ved m / z = 414, som svarer til fragmentet Ru (bpy) 2 +. Denne enkeltvis ladet ion, der skyldes tab af et bipyridin ligand fra enkeltvis opladet Ru (bpy) 3 + sandsynligvis dannes ved dissociation af Ru (bpy) 3+ Under analyse af TOF-SIMS. Derimod opnåede TOF-SIMS spektrum efter blød landing af fragmentet Ru (bpy) 2 2 + mangler nogen af de karakteristiske toppe i forbindelse med intakt kompleks (dvs. Ru (bpy) 3 2 + eller Ru (bpy) 3 +) . Vigtigst er det, en top, der svarer til en Ru (bpy) 2-thiol + addukt ved m / z = 700 er observeret, hvilket indikerer en meget stærk binding mellem den undercoordinated ion og monolaget overflade. Toppene for denne art er fremtrædende i figur 2a.

Efter blød landing, er COOH-SAM overflader udsat for kontrollerede pres fra enten O 2 eller C 2 H 4 i aflejring region af instrumentet til at undersøge kemiske reaktivitet de immobiliserede organometalliske komplekser. Efter gaseksponering, overfladerne analyseres igen ved in situ-TOF-SIMS.Præsenteret i figur 2b og 2c er in situ TOF-SIMS spektre fås direkte efter eksponering af COOH-SAM overflader, som indeholder blødt landede Ru (bpy) 3 2 + og Ru (bpy) 2 2 +-ioner til O 2 og C 2 H 4.. Som omtalt i det foregående afsnit, efter blød landing af Ru (bpy) 2/3 2 + onto COOH-SAM overflader en isotopisk fordeling svarende til en elektrostatisk addukt dannes mellem ionerne og overflademolekylerne overholdes. Efter eksponering af overfladen 10 -4 Torr O 2 i 30 minutter i TOF-SIMS-spektrene indikerer, at der er en tydelig reduktion af den overflod af adduktet top ved m / z = 700 ledsaget af en samtidig stigning i forekomsten af to nye isotop kuverter centreret ved m / z = 716,2 og 732,2. Disse toppe er i overensstemmelse med tillæg af atomare (O) og molekylær (O 2) ilttil den organometalliske overflade addukt, hhv. Endvidere forekommer dette addukt skal oxideres med tæt på 50% omdannelseseffektivitet. Efter eksponering til O 2 og analyse ved in situ-TOF-SIMS overfladerne er placeret tilbage i blød landing region af instrumentet og udsat for 10 -4 Torr C 2 H 4 i 30 minutter. Efter den anden gas eksponering overfladen overføres igen til SIMS-regionen af ​​instrumentet til en anden runde af analysen. Inspektion af TOF-SIMS-spektret efter eksponering til C 2 H 4 indikerer et fald i den relative overflod af enkeltvis oxideret organometalliske addukt ved m / z = 716. Denne observation er i overensstemmelse med deoxygenering af det immobiliserede organometalliske kompleks ved udsættelse for C2 H 4. Det er en hypotese at resultere i dannelsen af oxideret carbonhydrid (C 2 H 4 O), som er frigivet til gasfase. Derfor thrdybdegående en kombination af blød landing masse udvalgte ioner og analyse ved in situ-TOF-SIMS det er muligt selektivt at isolere metalorganiske forbindelser på overflader og undersøge deres reaktivitet over for gasformige molekyler. Desuden kan adfærd undercoordinated ioner, der ikke er tilgængelige i opløsning undersøges. En ordning, der beskriver, hvad der er opnået for dette repræsentative system gennem en kombination af ion blød landing og analyse af in-situ TOF-SIMS er præsenteret i figur 3..

2.. Undersøgelse af Charge Tilbageholdelse af Ru (bpy) 3 2 + på COOH-SAM Brug In Situ FT-ICR-SIMS

Blød landing af masse-udvalgte ioner udføres også ansætte en andet instrument, der muliggør analyse af overfladerne ved in situ FT-ICR-SIMS. Denne komplementære fremgangsmåde, som gør det muligt SIMS analyse af overfladerne både under og efter blød landing af ioner, er i stand til at levere insight i kinetikken for reduktion og neutralisering gebyr samt desorption af ioner aflejret på overfladerne 115. Det er en særdeles kraftfuld teknik, fordi den relative forekomst af forskellige ionladning tilstande på overfladen kan overvåges over perioder flere timer. Repræsentative resultater for Ru (bpy) 3 2 + blød landede på en COOH-SAM overflade er præsenteret i fig. 4. Under blød landing dobbelt opkrævet Ru (bpy) 3 2 +-ion udviser en lineær stigning i overflod på COOH-SAM overflade . Den målte overflod når et maksimum i slutningen af ​​blød landing og efterfølges af en udvidet plateau på COOH-SAM overflade. Dette indikerer, at COOH-SAM overflade er særlig effektiv på at bevare ionladning tilstand af de intakte ioner følgende blød landing. Den enkeltvis opladet Ru (bpy) 3 +-ion udviser også en lineær forøgelse i overflod med hensyn til tid under blød landing . Ved udgangen af ​​blød landing dog enkeltvis ladet ion fald i overflod. Den overflod af enkeltvis opladet fragmention følge af tab af én bipyridine ligand fra Ru (bpy) 3 + danner Ru (bpy) 2 + er også vist i fig. 4. Denne ion viser en lineær stigning i overflod i blød landing efterfulgt af et fald i overflod på COOH-SAM efter afslutningen af deposition. Fordi bindende energi af ioner til overfladen stiger med afgiften tilstand, er det rimeligt at antage, at enkeltvis ladede ioner gennemgå mere facile desorption fra overfladen sammenlignet med de dobbelt ladede ioner, som er i overensstemmelse med den hurtigere tab af enkeltvis ladede ioner observeret i denne undersøgelse. Blød landing kombineret med in situ FT-ICR-SIMS er derfor en kraftfuld teknik til at undersøge processer, såsom reduktion af afgiften, neutralisering og desorption af ioner deponeres på overflader.

ove_title "> 3. sondering strukturelle træk Ru (bpy) 3 2 + på COOH-SAM Anvender In Situ IRRAS

Det tredje instrument, der anvendes til karakterisering af bløde landede ioner er i stand til at opnå vibrationelle spektre af Ru (bpy) 3 2 + ioner på COOH-SAM i tillæg til at detektere ændringer i kemisk modificeret overflade på grund af ion-overflade interaktioner. Dette instrument er særlig stærk, fordi den måler ændringer i vibrationelle funktioner i overfladen både under og efter blød landing. Derfor kan et væld af strukturel information om bløde landede ioner opnås ved anvendelse af dette instrument, forudsat at sub-monolag niveauer af ioner afsættes og at overgangen dipolmomenter af bløde landede ioner afstemt positivt og har tilstrækkelig intensitet til at interagere med polariseret IR fotoner indfaldende på overfladen.

Det infrarøde spektrum opnået efter bløde Landing 5 x 10 12 Ru (bpy) 3 2 + ioner onto COOH-SAM overflade er præsenteret i figur 5. Vi bemærker, at fordi IR-spektret for den nøgne COOH-SAM blev anvendt som baggrund spektrum funktioner observeret efter ion aflejring stammer udelukkende fra vibrationelle tilstande af bløde landede ioner. Ni vibrations funktioner er noteret med en stjerne i IR-spektret som unikke spektroskopiske underskrifter af Ru (bpy) 3 2 +. Disse IR funktioner er i god overensstemmelse med tidligere tildelte værdier for denne organometalliske ion 122.123. Ud af de observerede vibrationelle frekvenser, CC stretching (1.606, 1.570, 1.042 cm -1) og CCH bøjning (1.466, 1.450, 1.420, 1.257, 1.186 cm -1) bands samt IR signatur for KN strækning på 1.549 cm -1 er tildelt som unikke funktioner i den molekylære struktur af Ru (bpy) 3 2 +. Ved udførelse af ionblød landing eksperimenter, er det ønskeligt at karakterisere overfladen med spektroskopi teknikker for at bekræfte identiteten af ​​de arter, der er deponeret, og at få indblik i mulige ændringer i struktur, der kan skyldes ion-overflade vekselvirkninger. Til dette formål in situ IRRAS blød instrument landing viser sig at være en værdifuld ressource, der bidrager til den bredere indsamlede oplysninger om systemet af interesse ved hjælp TOF og FT-ICR-SIMS.

Figur 1
. Figur 1. Skematisk illustration af ion aflejring instrument koblet til TOF-SIMS: I, ion tragt region (7 x 10 -1 Torr). II, kollision quadrupol region (1 x 10 -1 Torr). III, masse udvælgelse og fokusering region (2 x 10 -4 Torr). IV deposition region (1 x 10 -6 Torr). (1) opvarmet kapillarrør, (2) elektrodynamiske ion tragt (3) første ledningsevne grænse (4) første kollision kvadrupol (5) anden ledningsevne grænse, (6) at løse kvadrupol, (7) 2 Fokuseringslinserne (8) anden kollision quadrupol, (9) tredje ledningsevne grænse, (10) Einzel linse, (11) kvadrupol Bender, (12) to Einzel linser, (13) målplatform (14), overflademonterede, (15), magnetiske oversættere. Dette tal er blevet ændret fra [Analytical Chemistry 2010, 82 (13), 5718-5727]. Klik her for at se større billede .

Figur 2
Figur 2. TOF-SIMS spektre (m / z 690-740). Opnået a) efter mass udvalgt aflejring af Ru (bpy) 2 2 + (sort) og Ru (bpy) 3 2 + (rød) på overfladen af COOH-SAM, b) efter udsættelse for O2 og c) efter udsættelse for C 2 H 4.. Dette tal er blevet ændret fra [kemi-A European Journal 2010, 16 (48), fra 14.433 til 14.438]. Klik her for at se større billede .

Figur 3
Figur 3.. Skematisk repræsentation af immobilisering af Ru (bpy) 2 2 + på COOH-SAM overflader gennem gas-fase ligand stripning og blød landing af masse-udvalgte ioner. Dette tal er blevet ændret fra [kemi-A European Journal 2010, 16 (48), fra 14.433 til 14.438]. Klik her for at se større billede .

Figur 4
Figur 4.. FT-ICR SIMS kinetiske plots. Opnået for Ru (bpy) 3 2 + (m / z = 285, sorte firkanter), Ru (bpy) 3 + (m / z = 570, blå trekanter) og Ru (bpy ) 2 + (m / z = 414, røde prikker) efter blød landing af Ru (bpy) 3 2 + på en COOH-SAM overflade. Klik her for at se større billede .

Figur 5 Figur 5. IRRAS spektrum af ~ 5 x 10 12 Ru (bpy) 3 2 +-ioner blød landede på overfladen af en COOH-SAM. De store vibrations funktioner tildelt Ru (bpy) 3 2 + er angivet med en asterisk. Click her for at se større billede .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Blød landing af masse-udvalgte ioner generelt foretaget ansætte unikke specialbyggede instrumentering, der eksisterer i flere laboratorier rundt omkring i verden, der er specielt udstyret til disse eksperimenter. Ændringer bliver konstant gjort til disse instrumenter til at lette ionisering af en bredere vifte af forbindelser, for at opnå større ionstrømme og kortere deposition gange, at multiplex blød landing og dermed opnå samtidig aflejring af flere arter på forskellige steder på overfladen, og give mere præcis udvælgelse af ioner fra både masse-til-ladningsforhold og ionmobilitet før deposition. I en lignende måde, er en konstant skiftende lineup af teknikker til karakterisering er koblet med ion blød landing instrumentering til at muliggøre in situ analyse af deponeret materiale. På trods af disse forskelle mellem de enkelte instrumenter, en af ​​de mest almindelige problemer i blød landing eksperimenter er den manglende evne tilrute en tilstrækkelig stærk og stabil stråle af masse-valgte ioner fra kilden regionen af ​​instrumentet til overfladen. Dette kan skyldes dårlig ionisering effektivitet ved kilden, justeret forkert spænding, der styrer de ioner gennem instrumentet og dårlig elektrisk kontakt mellem overfladen og elektrometret anvendes til at måle den aktuelle af bløde landede ioner. I sådanne besværlige situationer kan ionstrålen blive dirigeret gennem instrumentet manuelt ved først at maksimere ion strøm målt i den tidligste fase af instrumentet og derefter systematisk at optimere den nuværende målt på hver efterfølgende optik langs den samlede stråle sti. Almindelige problemer under in situ analyse af bløde landede materialer omfatter store baggrund signaler fra forurenende molekyler såsom utilsigtede kulbrinter. Af denne grund er det afgørende, at overfladerne fremstilles omhyggeligt og reproducerbart inden hver blød landing eksperiment.

Såft landing af masse-udvalgte ioner kan anvendes til at fremstille meget veldefinerede overflader til efterfølgende analyse ved in situ-SIMS og IRRAS spektroskopi samt en hel række yderligere ex situ-mikroskopi og spektroskopi teknikker 6. Masse udvælgelse tilbyder præcis kontrol over den molekylære sammensætning og ionladning tilstand af bløde landede materialer. Desuden hidtil uset overflade renlighed er opnåelig med ion blød landing fordi fælles forurenende stoffer såsom neutrale molekyler, modioner og opløsningsmiddel, der er til stede i opløsning er fjernet fra ionstrålen før aflejring, så kun de masseproducerede udvalgte ioner leveres til underlaget under sterile vakuum. Dækningen af ​​ioner på overfladen kan nøje styres ved overvågning af den aktuelle af bløde landede ioner og varierende længde aflejring i overensstemmelse hermed. Den kinetiske energi af ionerne kan reduceres for at opnå bløde forhold landing eller øget for at fremme reagereive landing gennem kovalent binding dannelse 14 eller "pinning" af ioner i overfladen 22..

In situ TOF-SIMS, sammenlignet med de andre FT-ICR-SIMS teknik, er generelt kendetegnet ved større følsomhed, større dynamikområde, mindre opsplitning af forstøvet sekundære ioner, og færre reaktioner forstøvet materiale i røgfanen af sekundære ioner. Den større dynamikområde og større følsomhed TOF-SIMS muliggøre påvisning af lav tæthed arter produceret ved ion blød landing på overflader. Brug af in situ TOF-SIMS det er muligt at identificere addukter, der dannes mellem bløde landede ioner og individuelle molekyler på monolag overflader. Desuden TOF-SIMS in situ illustrerer, at undercoordinated ioner fremstillet ved gasfase-kollision induceret dissociation kan være mere aktiv i retning overflade immobilisering end fuldt ligerede ioner. Det skal bemærkes, at disse undercoordinated metalioner ikke findes i the løsning fase, og derfor repræsenterer nye arter udarbejdet ved hjælp af de kapaciteter af blød landing instrumentering og identificeret ved hjælp af TOF-SIMS. En anden stærk evne til in situ-TOF-SIMS instrument er evnen til at udsætte overfladerne for kontrollerede pres fra reaktive gasser og derefter analysere eventuelle ændringer i overfladen sammensætning uden at bryde vakuum.

In situ FT-ICR-SIMS, mens generelt mindre følsom og udsat for noget højere udbytter af fragmentioner og produkter af gas-fase ion-molekyle reaktioner end TOF-SIMS, tilbyder ekstra kapacitet for at kunne overvåge sammensætningen af overfladen både under og efter blød landing over en periode på flere timer. Denne information er afgørende for forståelsen af ​​processer, såsom reduktion af ladning og desorption af ioner fra overfladen. For eksempel har dette instrument tidligere blevet anvendt til at overvåge redox kemi, der finder sted mellem de to forskellige ionerblød landede på samme SAM 80. Derudover også reduktion opladning og desorptionskinetik af formere protoniserede peptid-ioner er blevet undersøgt ved hjælp af dette instrument, og de data, der blev anvendt til at producere en kinetisk model, der beskriver udviklingen af ​​forskellige ladede arter på overfladen af ​​SAM over tid.

Anvender in situ IRRAS kan strukturel information om bløde landede ioner på overflader opnås at kontrollere, at ionerne bevarer deres integritet under aflejringsprocessen. Dette opnås ved at sammenligne den målte infrarøde spektre af ioner på overflader med tidligere spektre opnået ved infrarød spektroskopi i gasfasen og opløsningsfase såvel som IR-spektre beregnes ved hjælp af teoretisk modellering. Ved at sammenligne denne kendte strukturel information med de målte vibrations funktioner i de deponerede prøver kan identificeres ændringer af gasfase-strukturer. Desuden kan indsigt i ion-overflade vekselvirkninger somres, fra observation af vibrations funktioner, som øger i intensitet i løbet af blød landing. Denne observation er i overensstemmelse med dannelsen af ​​nye obligationer på overfladen. På samme måde, kan vibrations funktioner, der falder under den bløde landing proces være tegn på obligations-breaking reaktioner.

Den kontrollerede forberedelse af høj renhed tynde film på overflader er nødvendig for en lang række applikationer i materialevidenskab og mikrofabrikation 124. I øjeblikket er en populær metode til fremstilling af tynde organiske film og hybrid organiske-uorganiske grænseflader er molekylær lag deposition (MLD), der afhænger af selvbegrænsende grænsefladespændinger reaktioner, der opstår mellem molekyler og overflader 125.126. MLD muliggør en stor kontrol over afsætningsprocessen og frembringer derfor generelt højere kvalitet film på overflader end opløsningsfase-metoder 127. På trods af den udbredte commercial brug af MLD, er denne teknik kendt for at lide af flere vigtige begrænsninger, som er blevet anmeldt i en nylig publikation 128. Vigtigst er det, på grund af det faktum, at MLD afhængig aflejring af neutrale molekyler fra gasfasen den er begrænset til varmestabile reaktanter, der har tilstrækkelig damptryk til opnåelse af effektive deposition uden at forårsage termisk nedbrydning af forbindelsen. En anden begrænsning af MLD stammer fra det faktum, at reaktiviteten af ​​molekyler med faste bærere kan reduceres væsentligt i fravær af opløsningsmiddel. Blød landing af masse-udvalgte ioner på overflader overvinder disse store begrænsninger af MLD. For det første kan blid ionisering ansættende elektrospray producere ioner af store termisk labile molekyler, der har meget lav volatilitet uden at inducere fragmentering eller nedbrydning. Desuden kan ikke-termiske ionkilder anvendes til at frembringe en række af homogene eller heterogene klynger og nanopartikler, der ikke er modtagelige for Thermal fordampning. Desuden kan ioner accelereres før aflejring til den kinetiske energi nødvendig for at overvinde eventuelle barrierer forbundet med grænsefladefænomener reaktioner.

Blød landing af masse-udvalgte ioner er særlig velegnet til den kontrollerede immobilisering af komplekse molekyler, klynger, og nanopartikler på substrater. Men fremstilling i kommerciel skala af materialer med denne teknik er begrænset på grund af det faktum, at den typiske ionstrømme opnået med ESI er flere størrelsesordener lavere end dem, der for øjeblikket anvendes i eksisterende mikro-og nano-metoder. Den fortsatte udvikling af lyse høj transmission ESI kilder 129-131, høj effekt og hurtig gentagelse sats pulserende laser kilder 25.132 og løbende kilder baseret på DC og RF magnetronforstøvning 43,65,133-135 er en afgørende forudsætning for overgangen blød landing fra et kraftfuldt værktøj i grundlæggende videnskab til en praktisk tilgangfor microfabrication. I fremtiden vil kombinere blød landing med ion mobilitet separation 113 lette nøjagtig styring af både den primære og den sekundære struktur af komplekse ioner, hvilket er vigtigt både for praktisk anvendelse samt for at undersøge effekten af forskellige overflader på den sekundære struktur af immobiliserede ioner. Endvidere vil de unikke egenskaber blød landing instrumentering anvendes til at manipulere molekyler i gasfase, enten gennem kollisionsstati fragmentering eller ion-molekyle-reaktioner, for at generere hidtil ukendte arter, som ikke kan opnås ved syntese i opløsning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at afsløre.

Acknowledgments

Denne forskning blev finansieret af Kontoret for Basic Energi Sciences, Division of Chemical Sciences, geovidenskab & Biosciences af det amerikanske Department of Energy (DOE). GEJ anerkender støtte fra Linus Pauling Fellowship og laboratoriet Directed forsknings-og udviklingsprogrammet på Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Dette arbejde blev udført ved hjælp af EMSL, en national videnskabelig bruger facilitet sponsoreret af Department of Energy Office of Biologiske og miljøforskning og ligger ved PNNL. PNNL drives af Battelle for det amerikanske energiministerium.

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

Kemi blød landing masse udvalgte ioner elektronstråler sekundær ion-massespektrometri infrarød spektroskopi organmetalliske katalyse
<em>In Situ</em> SIMS og IR-spektroskopi veldefinerede Overflader Udarbejdet af Soft Landing af Mass udvalgte 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