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 en IR spectroscopie van Well-gedefinieerde oppervlakken die zachte landing van Mass-geselecteerde Ionen

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

Summary

Zachte landing van in massa geselecteerde ionen op oppervlakken is een krachtige aanpak voor de zeer gecontroleerde bereiding van nieuwe materialen. In combinatie met de analyse door in situ secundaire ionen massaspectrometrie (SIMS) en infrarood reflectie absorptie spectroscopie (IRRAS), zachte landing biedt ongekende inzichten in de interacties van welbepaalde soorten met oppervlakken.

Abstract

Zachte landing van in massa geselecteerde ionen op oppervlakken is een krachtige aanpak voor de zeer gecontroleerde bereiding van materialen die niet toegankelijk zijn met behulp van conventionele synthese technieken. Koppeling zachte landing met in situ karakterisering met behulp van secundaire ionen massaspectrometrie (SIMS) en infrarood reflectie absorptie spectroscopie (IRRAS) maakt analyses van goed gedefinieerde oppervlakken onder schoon vacuüm omstandigheden. De mogelijkheden van drie zachte landing meetmiddelen, vervaardigd in ons laboratorium worden geïllustreerd voor het vertegenwoordigende stelsel van oppervlakte gebonden Organometallics bereid door zachte landing van in massa geselecteerde ruthenium tris (bipyridine) dications, [Ru (bpy) 3] 2 + (bpy = bipyridine), op carbonzuur beëindigd zelf-geassembleerde monolaag oppervlakken op goud (COOH-SAM). In situ time-of-flight (TOF)-SIMS geeft inzicht in de reactiviteit van de soft-landde ionen. Bovendien, de kinetiek van ladingsreductietijd, neutralisatie en desorptie zich op de COOH-SAM tijdens en na ion zachte landing bestudeerd middels in situ Fourier transform ion cyclotron resonantie (FT-ICR) SIMS-metingen. In situ IRRAS experimenten geven inzicht in de structuur van organische liganden omringende metaal centra verstoord door immobilisatie van organometallic ionen op COOH-SAM oppervlakken door zachte landing. Gezamenlijk de drie instrumenten geven aanvullende informatie over de chemische samenstelling, reactiviteit en structuur van goed gedefinieerde soorten ondersteund op oppervlakken.

Introduction

Zachte landing van in massa geselecteerde ionen op oppervlakken blijft een onderwerp van lopend onderzoek van belang vanwege de aangetoonde mogelijkheden van de techniek voor de zeer gecontroleerde bereiding van nieuwe materialen 1-6. Recente inspanningen hebben aangegeven mogelijke toekomstige toepassingen van zachte landing van massa geselecteerde ionen in de bereiding van peptide en eiwit arrays voor gebruik in high-throughput biologisch 7,8, scheiding van eiwitten en conformationele verrijking van peptiden 9-12, covalente aanhechting van peptiden aan oppervlakken 9,10,13,14, chirale verrijking van organische verbindingen 15, elektrochemische karakterisering van specifieke redox-actieve eiwitten 16-18, productie van dunne moleculaire films 19,20, verwerking van macromoleculen, zoals grafeen 21 en voorbereiding van model katalysator-systemen door middel van zachte landing van ionische clusters 22-39, 40-48 nanodeeltjes en organometaaloligomeren complexes op ondersteunende materialen 19,49-56. Het begrip modificeren oppervlakken op zachte landing van polyatomaire ionen werd aanvankelijk kookt en medewerkers voorgesteld in 1977 57. In de daaropvolgende jaren diverse instrumentele benaderingen zijn ontwikkeld voor de gecontroleerde depositie van massa-ionen gekozen uit de gas- fase op oppervlakken 1,4,5. Ionen, zijn geproduceerd door middel van processen zoals elektrosprayionisatie (ESI) 10,58,59, matrix-assisted laser desorptie / ionisatie (MALDI) 21, elektronenimpact ionisatie (EI) 60,61, gepulste boogontlading 62, inert gas condensatie 36 , 63, magnetron sputteren 64,65 en laservaporisatie 25,66,67. Massa selectie van gasfase-ionen voorafgaand aan zachte landing is bereikt voornamelijk gebruik quadrupool massa filters 58,68,69, magnetische afbuiginrichtingen 70, en lineaire ion trap instrumenten 8,59. Een bijzonder notable vooraf ion zachte landing methodiek plaatsgevonden onlangs met de succesvolle implementatie van ambient ion soft-en reactieve landing door koks en medewerkers 71,72. Met behulp van deze verschillende ionisatie en massa-selectie technieken, zijn de interacties van hyperthermal (<100 eV) polyatomaire ionen met oppervlakken bestudeerd om beter inzicht in de factoren die de efficiëntie van ion zachte landing en de concurrerende processen van reactieve en niet-reactieve verstrooiing als evenals oppervlak geïnduceerde dissociatie 4,73-75.

De bereiding van goed gedefinieerde model katalysatoren voor onderzoeksdoeleinden is een bijzonder vruchtbaar toepassing van zachte landing van in massa geselecteerde ionen 25,34,35,56,76-81 geweest. In het groottebereik van nanoschaal clusters, waar fysische of chemische gedrag niet lineair schaal met clustergrootte, is aangetoond dat de toevoeging of verwijdering van afzonderlijke atomen of clusters drastisch kan beïnvloeden their chemische reactiviteit 82-84. Dit verschijnsel nanoschaal, die voortvloeit uit kwantumopsluiting werd overtuigend aangetoond door Heiz en medewerkers 85 voor een model katalysator bestaande uit zachte aangevoerde clusters van acht gouden atomen (Au 8) ondersteund op een defect MgO-rijke oppervlak. Verscheidene studies hebben aanvullend bewijs van de grootte-afhankelijke reactiviteit van clusters ondersteund op oppervlakken 34,77,86,87 ontvangen. Bovendien hoge resolutie elektronenmicroscopie beelden geven aan dat clusters met slechts tien 88 en vijfenvijftig 89 atomen grotendeels verantwoordelijk voor de superieure activiteit van bulk gesynthetiseerde goud katalysatoren gedragen op ijzeroxiden zijn. Gebruikmakend zachte landing van in massa geselecteerde ionen, is het mogelijk om stabiele arrays van grootte geselecteerde clusters en nanodeeltjes die niet diffunderen en agglomereren tot grotere structuren op het oppervlak van dragermaterialen 90-92 bereiden. Deze eerdere studies geven aan dat contiing ontwikkeling, kan zachte landing van in massa geselecteerde clusters en nanodeeltjes een veelzijdige techniek voor het creëren van zeer actieve heterogene katalysatoren die de emergent gedrag van grote aantallen identieke clusters en nanodeeltjes in uitgebreide arrays op oppervlakken exploiteren geworden. Deze zeer goed gedefinieerde systemen kunnen worden gebruikt voor onderzoeksdoeleinden te begrijpen hoe kritische parameters zoals clustergrootte, morfologie, elementaire samenstelling en oppervlaktebedekking invloed katalytische activiteit, selectiviteit en duurzaamheid.

Organometaalcomplexen die doorgaans worden gebruikt in oplossing-fase als homogene katalysatoren kunnen ook worden geïmmobiliseerd op oppervlakken op zachte landing van massa geselecteerde ionen 56,80,81. Bevestigen van ionische metaal-ligand complexen aan vaste dragers naar hybride organisch-anorganische materialen te produceren is momenteel een actief gebied van onderzoek in de katalyse en oppervlaktekunde gemeenschappen 93. Het algemene doel is om de hoge verkrijgenselectiviteit voor een gewenst product van oplossing-fase metaal-ligand-complexen terwijl een eenvoudiger scheiding van producten van katalysator en reactanten in oplossing blijft vergemakkelijken. Op deze wijze oppervlak geïmmobiliseerde organometaalcomplexen profiteren van zowel homogene als heterogene katalysatoren. Door keuze van een geschikt substraat is het mogelijk te handhaven of zelfs verbeteren van de organische ligand omgeving rond het actieve metaalcentrum tegelijkertijd bereiken sterke oppervlakte immobilisatie 94. Zelf-geassembleerde monolaag oppervlakken (SAMs) op goud kunnen met een aantal verschillende functionele groepen worden beëindigd en zijn daarom ideaal systemen om de haalbaarheid van tethering organometallische complexen oppervlakken op zachte landing van massa geselecteerde ionen 95 onderzoeken. Bovendien ionisatie werkwijzen zoals atmosferische druk thermische desorptie ionisatie (APTDI) zijn eerder aangetoond gasfase gemengde metaal anorganische complexen opleverendie niet toegankelijk zijn via synthese in oplossing 96. In dezelfde geest, niet-thermische kinetisch-beperkte synthese en ionisatie technieken zoals magnetronsputteren 65, gas aggregatie 63 en laservaporisatie 66 kan ook worden gekoppeld aan ion zachte landing instrumentatie een veelzijdige route naar nieuwe anorganische clusters en nanodeeltjes ondersteund op bieden oppervlakken.

Om zachte landing van massa geselecteerde ionen ontwikkelen tot een volwassen technologie voor de bereiding van de materialen, is het essentieel dat informatief analysemethoden worden gekoppeld zachte landing instrumentatie voor de chemische en fysische eigenschappen van oppervlakken sonde, tijdens en na de depositie van ionen. Tot op heden hebben een veelheid aan technieken toegepast voor dit doel inclusief secundaire ionen massaspectrometrie (SIMS) 19,97-100, temperatuur geprogrammeerde desorptie en reactie 50,52, laser desorptie en ionisatie 101, gepulste moleculaire bundel reactie 102, infrarood spectroscopie (FTIR en Raman) 98103104, surface enhanced Raman spectroscopie 103.105, holte reactiesig spectroscopie 106, x-ray foto-elektron spectroscopie 35.107, scanning tunneling microscopie 33,108-111, atomic force microscopie 112-114, en transmissie-elektronenmicroscopie 39. Echter, op oppervlakken of gemodificeerd door ion zachte landing meest nauwkeurig karakteriseren, is het cruciaal dat de analyse in situ worden uitgevoerd zonder blootstelling van het substraat aan het milieu in het laboratorium. Eerdere analyses uitgevoerd in situ hebben inzicht gegeven in fenomenen zoals de vermindering van de ionische lading van zacht landde ionen in de tijd 37,38,115,116, de desorptie van zacht geland ionen uit oppervlakken 52, de efficiëntie en de kinetische energie-afhankelijkheid van ion reactieve landing 14,81 en de invloed van de grootteop de katalytische activiteit van clusters en nanodeeltjes afgezet op oppervlakken 117. Bij wijze van voorbeeld, in ons laboratorium hebben we systematisch bestudeerd ladingsreductietijd kinetiek van geprotoneerd peptiden op het oppervlak van verschillende SAMs 3. Deze experimenten werden uitgevoerd met een unieke zachte landing instrument gekoppeld met een Fourier transform ion cyclotron resonantie secundaire ionen massaspectrometer (FT-ICR-SIMS) waarmee in situ analyse van oppervlakken tijdens en na zachte landing van ionen 97. Uit te breiden deze analytische vermogens, werd een ander instrument gebouwd waarmee in situ karakterisering van zacht geland ionen op oppervlakken met behulp IRRAS 104. Dit oppervlak-gevoelige infrarood techniek maakt bindingsvorming en vernietiging processen en conformationele veranderingen in complexe ionen en oppervlaktelagen te controleren in reële tijd tijdens en na zachte landing 12. Bijvoorbeeld, met IRRAS wasaangetoond dat ion zachte landing mag worden covalent immobiliseren massa geselecteerde peptiden op N-hydroxysuccinimidylester gefunctionaliseerde SAM 13,14.

Hierin, illustreren we de mogelijkheden van drie unieke klantspecifieke instrumenten ligt aan de Pacific Northwest National Laboratory die zijn ontworpen voor in situ TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS en IRRAS analyse van substraten geproduceerd door middel van een zachte landing van in massa geselecteerde ionen op oppervlakken. Als vertegenwoordiger systeem, presenteren we de resultaten voor zachte landing van in massa geselecteerde organometallic ruthenium tris (bipyridine) dications [Ru (bpy) 3] 2 + op carbonzuur beëindigd SAM (COOH-SAM) aan geïmmobiliseerd organometaalcomplexen bereiden. Het blijkt dat in situ TOF-SIMS biedt de voordelen van extreem hoge gevoeligheid en grote totale dynamische bereik die identificatie van lage abondantie van soorten waaronder reactieve tussenproducten faciliteert die alleen kan voorafliet korte tijd op de oppervlakken. TOF-SIMS geeft ook inzicht in hoe het verwijderen van een ligand uit een organometallische ionen in de gasfase, voor zachte landing, beïnvloedt de efficiëntie richting immobilisatie op oppervlakken en chemische reactiviteit op gasmoleculen. Aanvullende karakterisering middels in situ FT-ICR-SIMS geeft inzicht in de ladingsreductietijd, neutralisatie en desorptie kinetiek van de dubbel geladen ionen op het oppervlak, terwijl in situ IRRAS tast de structuur van de organische liganden rond het geladen metalen centra die kunnen beïnvloeden elektronische eigenschappen en reactiviteit van het geïmmobiliseerde ionen. Collectief, illustreren we hoe zachte landing van in massa geselecteerde ionen in combinatie met in situ analyse door SIMS en IRRAS geeft inzicht in de interacties tussen welbepaalde soorten en oppervlakken die gevolgen hebben voor een breed scala aan wetenschappelijke inspanningen hebben.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Voorbereiding van de COOH-SAM coating op Goud voor zachte landing van Mass-geselecteerde Ionen

  1. Verkrijgen plat goud substraten op silicium (Si) of mica dragers. Als alternatief bereiden goudfilms op Si of mica oppervlakken volgens de procedures die in de literatuur 118.119 beschreven. Opmerking: Gebruik oppervlakken die aan de volgende specificaties: 1 cm 2 of cirkelvormig en 5 mm in diameter, 525 micrometer dikke laag Si, 50 A dik Ti hechtlaag, 1000 Å Au-laag.
  2. Plaats verse-goud-op silicium oppervlakken in glas scintillatieflesjes en onder te dompelen in pure (niet-gedenatureerd) ethanol.
  3. Plaats scintillatieflesjes die goud oppervlakken ondergedompeld in ethanol in een ultrasone reiniger en was gedurende 20 minuten op elk oppervlak vuil te verwijderen. Opmerking: Gebruik geen ultrasoon goud wassen op mica oppervlakken als deze de gouden film zal losmaken van het mica steunmateriaal.
  4. Verwijder gewassen goud oppervlakken van flacons en droog met een stroom vanzuiver N2 tot de vorming van een resterende spots van de ethanol te voorkomen.
  5. Plaats de droge goud zijde naar boven in een ultraviolet (UV) schoner en bestralen gedurende 20 minuten om het oppervlak organisch materiaal te verwijderen.
  6. In glazen scintillatieflesjes Bereid 5 ml 1 mM oplossing van 16-mercaptohexadecaanzuur (COOH-SAM) in niet-gedenatureerde ethanol.
  7. Voeg zoutzuur tot een eindconcentratie van 1% HCl in ethanol protonering van de carbonzuurgroepen van de moleculen verzekerd.
  8. Leg de gewassen, gedroogd en UV gereinigde goud zijde naar boven in de COOH-SAM-oplossingen ervoor te zorgen dat de gehele goud oppervlak volledig wordt ondergedompeld in elke flacon. Laat de monolaag op goud oppervlakken te monteren ten minste 24 uur in het donker (wikkel flacons in folie).
  9. Verwijder de oppervlakken van de COOH-SAM oplossingen en plaats nieuwe scintillatieflesjes die 5 ml van 1% HCl in ethanol. Ultrasoon wassen de SAM oppervlakken gedurende 5 minuten aan een physisorbed moleculen fr verwijderenOM het monolaag oppervlak.
  10. Verwijder de gewassen oppervlakken van de flacons en spoel met diverse porties van 1 ml van 1% HCl in ethanol. Droog de ​​COOH-SAM oppervlakken onder een stroom N2.
  11. Het gebruik van schone metalen tang en handschoenen plaats een SAM oppervlak op een van de drie metalen proefmodel die compatibel zijn met elke zachte landing instrument verzorgen de voorkant naar goud oppervlak niet aan te raken in het proces zijn. Zorg ervoor dat de ondergrond stevig op zijn plaats en dat er sterk elektrisch contact tussen de achterzijde van het oppervlak en het metalen monster te monteren is vastgezet.
  12. Gebruikmakend van de load-lock monsterintroductie mogelijkheden van de zachte landing instrumenten (elk is iets anders), ervoor zorgen dat de afsluiter scheiden van de steekproef introductie regio van het instrument van de zachte landing kamer wordt gesloten. Breng het monster introductiekamer tot atmosferische druk door het uitschakelen van de turbomoleculaire vacuümpomp en ionisatie manometer en closing het ventiel om het foreline mechanische vacuümpomp.
  13. Als het monster introductiekamer bereikt atmosferische druk het monster deur open en zet de sample houder stevig aan de manipulator (xyz-podium of z-vertaler) binnenkant van het instrument. Sluit de deur en open de klep aan de foreline mechanische vacuümpomp. Wanneer het monster introductiekamer een druk van 10 -3 Torr bereikt, zet de turbomoleculaire vacuümpomp en ionisatie manometer.
  14. Wanneer het monster introductiekamer een druk van 10 -5 Torr bereikt, opent de afsluiter aan de zachte landing kamer. Gebruik de magnetische manipulator of xyz-etappe naar de SAM oppervlak te positioneren in lijn met de ionenbundel te zachte landing beginnen.

2. Zachte landing van Mass-geselecteerde Ru (bpy) 3 2 + op COOH-SAM Surfaces

  1. Verkrijgen tris (2,2 '-bipyridyl) dichloor-ruthenium (II) hexahydraat vaste stof. Los de rode kristallen in pure methanol te create voorraad oplossingen met een concentratie van 10 -3 M. Verdun de stamoplossingen met een factor 10 of 100 met methanol optimale electrospray ionenstroom van massa geselecteerde Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 bereiken.
  2. Laad de verdunde oplossingen in 1 ml glazen spuiten. Gebruik een injectiepomp aan de oplossing trekken door een 360 urn buitendiameter 80 urn binnendiameter fused silica capillaire die is voorgespannen tussen 2-3 kV positieve ionen. Stel de spuit pompdebiet 20-40 ul / uur optimaal ionenstroom en stabiliteit te verkrijgen op het oppervlak.
  3. Stel de quadrupool massa-filter om de massa van de Ru (bpy) 3 2 + ion m / z = 285 zachte landing andere dan Ru (bpy) 3 2 + species op het oppervlak te voorkomen. Met behulp van een hoge weerstand electrometer aangesloten op het substraat door middel van een vacuüm elektrische doorvoer, stel de spanning instellingen van de ionen optica enradiofrequentie ion gidsen voor de ionenstroom en stabiliteit van Ru (bpy) maximaliseren 3 2 + gemeten aan het SAM oppervlak. Laat het experiment lopen voor een geselecteerde tijdsperiode om de gewenste dekking van ionen op het oppervlak van de COOH-SAM bereiken.
  4. Verhoog de potentiaalgradiënt in de hoge-druk botsing vierpool gebied van de zachte landing instrumenten de harde omstandigheden die gasfase ligand inschakelen strippen van de organometallische ion door botsing geïnduceerde dissociatie maken. Opmerking:. Controleer het schema van een van de drie zachte landing instrumenten die ook representatief is voor de vroege stadia van de andere twee instrumenten, die wordt getoond in Figuur 1 De fragmentatie van het Ru (bpy) 3 2 + ionen plaatsvindt in regio 4. Verhoog de ​​spanning op de achterplaat van de elektrodynamische ion trechter naar een bipyridine ligand uit Ru (bpy) verwijderen 3 2 + m / z = 285 produceren van gas-fase Ru (bpy) 2 2 + m / z = 207 in regio 4 van het instrument 81. Selecteer massa het zeer reactieve undercoordinated fragmention behulp van de quadrupool massa filter in regio 6 van het instrument en de zachte grond op COOH-SAM oppervlakken te onderzoeken hoe de omvang van de eileiders beïnvloedt de eigenschappen van ondersteunde organometalische ionen.
  5. Stel de omringende ionenoptica, waaronder gelijkspanningen toegevoerd aan de quadrupool stangen en de geleiding beperking van de stroom van massa geselecteerde Ru (bpy) 2 2 + maximaliseren fragment-ionen aan het oppervlak.

3. Analyse van In Situ TOF-SIMS Voor en na blootstelling aan reactieve gassen

  1. Zet de spuit pomp en hoogspanning aan de ESI emitter. Open de afsluiter die de twee gebieden van het instrument scheidt tijdens bedrijf. Gebruik de magnetische manipulator op het voorbereide oppervlak binnen verplaatsen van de zachte landing kamer naar de analysefasede TOF-SIMS gedeelte van het instrument.
  2. Maak de manipulator uit de steekproef en schuif deze volledig uit De Sims analysekamer. Sluit de afsluiter tussen de zachte landing en SIMS onderdelen van het apparaat, omdat de TOF-SIMS werkt bij een veel lagere druk dan de zachte landing gebied van het instrument.
  3. Om de TOF-SIMS experiment, laadt u het instrument control file in de software en zorgen ervoor dat de Ga + bron produceert een voldoende stabiele stroom van primaire ionen. Opmerking: Employ 15 keV primaire gallium-ionen (Ga +, 500 Pa, 5 ns pulsbreedte, 10 kHz herhaling tarief) om desorptie van zachte induceren landde materiaal van de oppervlakken. Extract secundaire ionen uitgeworpen uit het oppervlak in de massa-analysator, die bestaat uit drie afzonderlijke elektrostatische sectoren.
  4. Acquire x-en y-aslijn profielen over het oppervlak naar het midden van de gedeponeerde plek van ionen op het substraat (meestal in het midden van het oppervlak een vastnd 3 mm in diameter). Plaats het oppervlak, zodat de Ga + primaire ionen bundel valt in op het midden van de gedeponeerde plek van ionen. Schaf een TOF-SIMS massaspectrum voor 5 minuten.
  5. Schakel de primaire Ga + ion beam en hoge spanningen van de TOF-SIMS. Gebruik de magnetische manipulator het monster terug in het zachte landing deel van het instrument te verplaatsen. Zorg ervoor dat de afsluiter tussen de twee kamers alvorens verder te gaan is gesloten.
  6. Gebruik een hoog vacuüm lek ventiel op de zachte landing kamer naar een gecontroleerde stroom van ultra-hoge zuiverheid zuurstof (O 2) gas uit een cilinder in het instrument te introduceren. Met de instelbare afsluiter voor de turbomoleculaire vacuümpomp de pompsnelheid van de pomp smoren een steady-state druk van 10 -4 Torr van O2 in het zachte landing kamer bereiken.
  7. Na blootstelling van het oppervlak naar O 2 gedurende 30 minuten sluit het lek ventiel, open de poort klep over the turbomoleculaire vacuümpomp en laat de resterende O 2 weggepompt. Nadat de druk in de kamer is gedaald, opent de afsluiter de SIMS deel van het instrument en gebruik de magnetische manipulator naar de oppervlakte te positioneren op de analyse platform voor een tweede ronde van TOF-SIMS.
  8. Na de tweede TOF-SIMS spectrum verkregen zoals beschreven in sectie 3,3-3,4, opent de afsluiter en plaats het oppervlak terug in de zachte landing kamer voor blootstelling aan 10 -4 Torr C 2 H 4 gedurende 30 minuten. Voer een SIMS opnieuw zoals hierboven beschreven.

4. Analyse van In Situ FT-ICR-SIMS tijdens en na Soft Landing

  1. Bereid de SAM oppervlakken voor proeven met in situ FT-ICR-SIMS instrument op een wijze vergelijkbaar met die beschreven in hoofdstuk 1 maar ronde substraten 5 mm. Opmerking: Gebruik substraten die zijn laser gesneden uit een goud gecoate silicium wafer (5 nm chroomhechtlaag en 100 nm polykristallijn opgedampt goud). Wees ervan bewust dat de meest opvallende verschil is dat in het FT-ICR-SIMS instrument het oppervlak zich binnen de boring van een supergeleidende magneet. De aanwezigheid van de magneet vereist dat de oppervlakken aan het einde van een 5 ft handmatige z-translator zodat deze veilig en aanpasbaar aan de achterplaat van de ICR cel geplaatst.
  2. Met behulp van de load-lock-interface, de positie van een cirkelvormig SAM oppervlak aan de achterzijde trapping plaat van de ICR cel zich binnen de 6 Tesla magneet. Opmerking: Wees ervan bewust dat dit instrument is een speciaal ontworpen 6-Tesla FT-ICR massaspectrometer geconfigureerd voor het bestuderen van ion-oppervlakte interacties 97.120.
  3. Bedien de ion aanvoer gedeelte van de FT-ICR-SIMS instrument zacht op een wijze vergelijkbaar met die beschreven in punt 2.
  4. Gebruik een cesium ionenbron om een continue straal van 8 kV Cs + primaire ionen te creëren om het oppervlak sputteren tijdens eennd na ion zachte landing.
  5. Gebruik maken van de ESI bron gepositioneerd op 90 ° in de richting van de belangrijkste instrument as naar ionen voor zachte landing te genereren. Focus de ionen door middel van een 90 °-bochten quadrupool 120. Opmerking: Wees je bewust deze geometrie instrument vergemakkelijkt gelijktijdige zachte landing van Ru (bpy) 3 2 + en de overdracht van de primaire Cs +-ion beam naar het oppervlak waardoor de monitoring van de zachte landing proces maakt het voor zowel tijdens als na ion depositie.
  6. Trap en analyseren van de secundaire ionen uitgeworpen uit het oppervlak met behulp van FT-ICR-MS. Opmerking: tewerk statische SIMS omstandigheden die overeenkomen met een totale ion flux van ongeveer 10 10 ionen / cm 2 (huidige 4 nA, duur 80 psec, spot diameter 4,6 mm, 10 schoten per spectrum, ~ 200 datapunten) voor deze experimenten die laatste voor ongeveer 7 uur. Gemiddeld elke SIMS spectrum over 10 schoten die overeenkomt met een overname tijd van ~ 10 sec.
  7. Verwerven kinetiek gegevens door bemonstering van de SAM surface elke 4 min gedurende ongeveer 7 uur tijdens en na ion depositie.
  8. Voer data-acquisitie en instrument controle met behulp van een geautomatiseerd modulair gegevens controlesysteem in de literatuur 121 beschreven.

5. Analyse van In Situ IRRAS tijdens en na Soft Landing

  1. Bereid de SAM oppervlakken voor proeven met in situ IRRAS instrument op een wijze vergelijkbaar met die beschreven in hoofdstuk 1. Opmerking: Let erop dat de grootste verschil met de IRRAS instrument resultaat van de nauwkeurige positionering van het oppervlak met de z-vertaler die moet het substraat in het brandpunt van de parabolische spiegels en overeenkomstig de ionenbundel vinden. Maximaliseren van de overlap tussen de infraroodstraal en de plek van gedeponeerd ionen op het oppervlak.
  2. Het gedrag van de IRRAS experimenten in een grazende-incidentiemeetkunde gebruik van een FTIR spectrometer uitgerust met een vloeibare stikstof gekoelde kwik-cadmium-telluride (MCT) Detector.
  3. Gebruik een goud gecoate platte spiegel om het licht het verlaten van de FTIR spectrometer op een parabolische spiegel goud regisseren. Reflecteren het licht van de parabolische spiegel door middel van een mid-infrarood draadrooster polarisator en in de vacuümkamer via een viewport.
  4. Richt de infrarood licht van de spectrometer op de COOH-SAM oppervlak aan de binnenkant van de vacuümkamer. Opmerking: De vacuümkamer wordt gehouden op een druk van 10 -5 Torr gedurende ion zachte landing.
  5. Plaats de reflecterende SAM op goud oppervlak in de vacuümkamer in het brandpunt van de eerste parabolische spiegel met behulp van de motor aangedreven z-vertaler.
  6. Afspiegeling van de IR-licht in de vacuümkamer van het oppervlak van de SAM en uit de kamer door een tweede viewport. Gebruik een tweede parabolische gouden spiegel om het gereflecteerde licht van het oppervlak richten op een MCT detector.
  7. Zuiver het pad van de infraroodstraal buiten de vacuümkamer met N2.
  8. Ackatern spectra op gezette tijden tijdens de afzetting.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

1. Onderzoek naar de reactiviteit van Ru (bpy) 3 2 + op COOH-SAM Met behulp van In Situ TOF-SIMS

Zachte landing van in massa geselecteerde organometaal ionen op gefunctionaliseerde monolagen eerst geïllustreerd middels in situ TOF-SIMS maximale gevoeligheid op de detectie van adducten gevormd tussen de gedeponeerde ionen en de individuele moleculen in de monolagen alsmede producten van chemische reacties na blootstelling van de oppervlakken reactieve gassen. Het dubbel geladen Ru (bpy) 3 2 + ion afkomstig van ontbinding en scheiding van vaste-fase-tris (2,2 '-bipyridyl) dichlororuthenium (II) hexahydraat kristallen in methanol. Het Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 dication geselecteerd voor de representatieve zachte landing experimenten hierin beschreven is de meest voorkomende ion gegenereerd uit electrospray ionisatie van de oplossing. Undercoordinated Ru (bpy) 2 2 + ions worden bereid door fragmentatie van een bipyridine ligand van elkaar volledig afgebonden Ru (bpy) 3 2 + ionen. Dit wordt veroorzaakt door gasfase botsing-geïnduceerde dissociatie van de eerste quadrupool gebied van de zachte landing instrument schematisch weergegeven in figuur 1. Een ionenstroom van ongeveer 100 pA en 60 pA is gericht op de COOH-SAM oppervlakken 30 en 45 min voor Ru (bpy) 3 2 + en Ru (bpy) 2 2 +, respectievelijk overeenkomend met een totaal levering van 5 x 10 11-massa geselecteerde ionen een cirkelvormige vlek ongeveer 3 mm in diameter. De kinetische energie van de ionen dichter bij de oppervlakte wordt berekend door de potentialen toegepast op de tweede botsing quadrupool (zie figuur 1) en het oppervlak. De kinetische energie wordt vastgesteld op ongeveer 10 eV per lading voor alle zachte landing experimenten uitgevoerd met behulp van de in situ TOF-SIMS apparaat.

Na zachte landing van 5 x10 11 intact Ru (bpy) 3 2 +-ionen op het oppervlak van de COOH-SAM, een aantal nieuwe pieken die niet aanwezig vóór depositie worden prominent in de TOF-SIMS spectra. Isotopische enveloppen overeenkomt met intacte dubbel geladen Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 en enkelvoudig geladen Ru (bpy) 3 + m / z = 570, is waargenomen na zachte landing van Ru (bpy) 3 2 + op de COOH- SAM oppervlak. De relatieve overvloed van deze soort suggereert dat vermindering van de ionische lading van Ru (bpy) 3 2 + Ru (bpy) 3 + plaats snel op het oppervlak van de COOH-SAM. Een andere isotopen enveloppe aanwezig bij m / z = 414 dat overeenkomt met het fragment Ru (bpy) 2 +. Dit enkelvoudig geladen ionen, die het gevolg is van verlies van een bipyridine ligand uit enkelvoudig geladen Ru (bpy) 3 +, wordt waarschijnlijk gevormd door dissociatie van Ru (bpy) 3+ Tijdens de analyse door TOF-SIMS. In tegenstelling, de TOF-SIMS spectrum verkregen na zachte landing van het fragment Ru (bpy) 2 2 + mist een van de karakteristieke pieken over het intacte complex (bijvoorbeeld Ru (bpy) 3 2 + of Ru (bpy) 3 +) . Het belangrijkste is, een piek van een Ru (bpy) 2-thiol-adduct + bij m / z = 700 waargenomen die zeer sterke binding tussen de undercoordinated ion en de monolaag oppervlak aan. De pieken die overeenkomen met deze soort zijn opvallend in Figuur 2a.

Na zachte landing, worden de COOH-SAM zones blootgesteld aan gecontroleerde druk van hetzij O 2 of C 2 H 4 tot de afzetting gebied van het instrument om de chemische reactiviteit van het geïmmobiliseerde organometaalcomplexen onderzoeken. Na blootstelling gas, worden de oppervlakken opnieuw geanalyseerd door in situ TOF-SIMS.Gepresenteerd in de figuren 2b en 2c zijn de in situ TOF-SIMS spectra verkregen direct na blootstelling van de COOH-SAM oppervlakken met zachte landde Ru (bpy) 3 2 + en Ru (bpy) 2 2 + ionen O 2 en C 2 H 4. Zoals besproken in de vorige paragraaf, na zachte landing van Ru (bpy) 2/3 2 + op COOH-SAM oppervlakken een isotopische verdeling overeenkomt met een elektrostatische adduct gevormd tussen de ionen en het oppervlak moleculen waargenomen. Na blootstelling van het oppervlak 10 -4 Torr O 2 30 min de TOF-SIMS spectra geven aan dat er een duidelijke vermindering van de overvloed van het adduct piek bij m / z = 700 gepaard met een gelijktijdige toename in de overvloed van twee nieuwe isotoop enveloppen gecentreerd bij m / z = 716,2 en 732,2. Deze pieken komen overeen met de toevoeging van atomaire (O) en moleculaire (O 2) zuurstofde organometallische oppervlak adduct respectievelijk. Bovendien blijkt dit adduct te oxideren met bijna 50% omzettingsrendement. Na blootstelling aan O2 en analyse van in situ TOF-SIMS het speelvlak wordt weer geplaatst in de zachte landing gebied van het instrument en blootgesteld aan 10 -4 Torr C 2 H 4 gedurende 30 minuten. Na de tweede belichting gas het oppervlak opnieuw naar de SIMS gebied van het instrument voor een nieuwe ronde van analyse. Inspectie van de TOF-SIMS spectrum na blootstelling aan C 2 H 4 een daling van de relatieve abundantie van de afzonderlijk geoxideerde organometaal adduct bij m / z = 716. Deze waarneming is consistent met deoxygenering van de geïmmobiliseerde organometaalcomplex bij blootstelling C2 H 4. Dit wordt verondersteld te resulteren in de vorming van de geoxideerde koolwaterstof (C 2 H 4 O), die wordt vrijgegeven aan de gasfase. Daarom thrdoorgedreven een combinatie van zachte landing massa geselecteerde ionen en analyses door in-situ TOF-SIMS is het mogelijk organometaalverbindingen selectief isoleren op oppervlakken en onderzoeken hun reactiviteit op gasmoleculen. Bovendien kan het gedrag van undercoordinated ionen die niet toegankelijk zijn in oplossing onderzocht. Een schema dat wat bereikt voor deze representatieve systeem door de combinatie van ionen zachte landing en analyses door in-situ TOF-SIMS wordt getoond in Figuur 3.

2. Bestuderen van de Charge Behoud van Ru (bpy) 3 2 + op COOH-SAM Met behulp van In Situ FT-ICR-SIMS

Zachte landing van in massa geselecteerde ionen wordt ook uitgevoerd in dienst van een tweede instrument dat de analyse van de oppervlakken mogelijk maakt door in situ FT-ICR-SIMS. Deze complementaire aanpak, die SIMS analyse van de oppervlakken mogelijk maakt tijdens en na zachte landing van ionen, in staat is insechts in de kinetiek van ladingsreductietijd en neutralisatie en de desorptie van ionen afgezet op oppervlakken 115. Het is een bijzonder krachtige techniek omdat de relatieve abundantie van de verschillende ionische lading land op het oppervlak kan worden gevolgd gedurende perioden van enkele uren. Representatieve resultaten voor Ru (bpy) 3 2 + zacht geland op een COOH-SAM oppervlak zijn weergegeven in figuur 4. Tijdens zachte landing van de dubbel geladen Ru (bpy) 3 2 + ion vertoont een lineaire toename in overvloed op de COOH-SAM oppervlak . De gemeten overvloed bereikt een maximum bij het einde van zachte landing en wordt gevolgd door een uitgebreide plateau aan het COOH-SAM oppervlak. Dit betekent dat de COOH-SAM buitenzijde buitengewoon effectief gericht zijn de ionische laadtoestand van de intacte ionen volgende zachte landing. De enkelvoudig geladen Ru (bpy) 3 + ion vertoont een lineaire toename in overvloed met betrekking tot tijd tijdens zachte landing . Eind zachte landing, maar de enkelvoudig geladen ionen neemt in overvloed. De overvloed van het enkelvoudig geladen fragmention als gevolg van verlies van een bipyridine ligand uit Ru (bpy) 3 + vormen Ru (bpy) 2 + Ook getoond in figuur 4. Dit ion toont een lineaire toename in overvloed in zachte landing gevolgd door een daling in overvloed op de COOH-SAM na afloop van afzetting. Omdat de bindingsenergie van ionen aan het oppervlak toeneemt met de ladingstoestand is aannemelijk dat enkelvoudig geladen ionen ondergaan meer gemakkelijke desorptie van het oppervlak ten opzichte van de dubbel geladen ionen, die overeenkomt met de snellere verlies van enkelvoudig geladen ionen waargenomen in deze studie. Zachte landing combinatie met in situ FT-ICR-SIMS is derhalve een krachtige techniek voor het onderzoeken van processen zoals vermindering encryptie neutralisatie en desorptie van ionen afgezet op oppervlakken.

ove_title "> 3. Onderzoek naar de structurele kenmerken van Ru (bpy) 3 2 + op COOH-SAM Gebruikmakend van In Situ IRRAS

Het derde instrument voor het karakteriseren soft-geland ionen kan vibrationele spectra van de Ru (bpy) 3 2 + ionen op de COOH-SAMs naast het detecteren van veranderingen aan de chemisch gemodificeerde oppervlak door ion-oppervlakte interacties verkrijgen. Dit instrument is bijzonder krachtig omdat het meet veranderingen in de vibrationele eigenschappen van het oppervlak tijdens en na zachte landing. Daarom kan een schat aan structurele informatie over zacht aangevoerde ionen worden verkregen met behulp van dit instrument, mits sub-monolaag niveaus ionen worden afgezet en dat de transitiedipoolmomenten van de zachte aangevoerde ionen gunstig uitgelijnd en over voldoende intensiteit om met de IR gepolariseerde fotonen invalt op het oppervlak.

Het infraroodspectrum verkregen na zachte Landing 5 x 10 12 Ru (bpy) 3 2 + ionen op de COOH-SAM oppervlak is weergegeven in figuur 5. We merken op dat, omdat het IR-spectrum van de kale COOH-SAM werd gebruikt als achtergrond spectrum, de kenmerken waargenomen na ion depositie afkomstig uitsluitend uit de trillingsmodes van de soft-landde ionen. Negen vibratie functies zijn met een sterretje in het IR-spectrum als unieke spectroscopische handtekeningen van Ru (bpy) 3 2 +. Deze IR-functies zijn in goede overeenstemming met eerder toegewezen waarden voor deze organometallic ion 122.123. Uit de waargenomen trillingsfrequenties, de CC stretching (1606, 1570, 1042 cm -1) en CCH buigen (1466, 1450, 1420, 1257, 1186 cm -1) bands, alsmede de IR-signatuur van een GN-stretch op 1549 cm -1 toegewezen als unieke kenmerken van de moleculaire structuur van Ru (bpy) 3 2 +. Bij het uitvoeren van ionzachte landing experimenten, is het wenselijk om het oppervlak te karakteriseren middels spectroscopie technieken om de identiteit van de afgezette species bevestigen en inzichten in mogelijke veranderingen in de structuur die voortvloeit uit ion-oppervlakte interacties krijgen. Daartoe de in situ IRRAS zachte landing instrument blijkt een waardevolle bron die bijdraagt ​​aan de bredere verzamelde informatie over het systeem plaats middels TOF en FT-ICR-SIMS zijn.

Figuur 1
. Figuur 1 Schematische weergave van de ionendepositie instrument gekoppeld aan de TOF-SIMS: I, ion trechter omgeving (7 x 10 -1 Torr). II, botsing quadrupool regio (1 x 10 -1 Torr). III, massa selectie en focusseringsplaats (2 x 10 -4 Torr). IV, depositie region (1 x 10 -6 Torr). (1) verwarmde capillair, (2) elektrodynamische ion trechter, (3) de eerste geleiding limiet, (4) de eerste botsing quadrupool, (5) tweede geleiding limiet, (6) het oplossen van quadrupool, (7) 2 focus lenzen, (8) tweede botsing quadrupool, (9) derde geleidbaarheid limiet, (10) Einzel lens (11) quadrupool bender, (12) twee Einzel lenzen, (13) doelplatform, (14) opbouw, (15) magnetische vertalers. Dit cijfer is gewijzigd van [Analytical Chemistry 2010, 82 (13), 5718-5727]. Klik hier voor grotere afbeelding .

Figuur 2
Figuur 2. TOF-SIMS spectra (m / z 690-740). Verkregen a) na mass-geselecteerde depositie van Ru (bpy) 2 2 + (zwart) en Ru (bpy) 3 2 + (rood) op het oppervlak van COOH-SAM, b) na blootstelling aan O2 en c) na blootstelling aan C 2H 4. Dit cijfer is gewijzigd van [Chemie-A European Journal 2010, 16 (48), 14.433-14.438]. Klik hier voor grotere afbeelding .

Figuur 3
Figuur 3. Schematische weergave van de immobilisatie van Ru (bpy) 2 2 + op COOH-SAM oppervlakken door middel van gasfase-ligand strippen en zachte landing van in massa geselecteerde ionen. Is dit cijfer aangepast is [Chemie-A European Journal 2010, 16 (48), 14.433-14.438]. Klik hier voor grotere afbeelding .

Figuur 4
Figuur 4. FT-ICR SIMS kinetische plaatsen. Verkregen voor Ru (bpy) 3 2 + (m / z = 285, zwarte vierkanten), Ru (bpy) 3 + (m / z = 570, blauwe driehoeken) en Ru (bpy ) 2 + (m / z = 414, rode stippen) volgende zachte landing van Ru (bpy) 3 2 + op een COOH-SAM oppervlak. Klik hier voor grotere afbeelding .

Figuur 5 Figuur 5. IRRAS spectrum van ~ 5 x 10 12 Ru (bpy) 3 2 + ionen zacht geland op het oppervlak van een COOH-SAM. Vibrationele De belangrijkste functies toegewezen Ru (bpy) 3 2 + zijn aangegeven met een asterisk. Instructies hier voor grotere afbeelding .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Zachte landing van in massa geselecteerde ionen wordt in het algemeen uitgevoerd in dienst unieke custom-built instrumentatie die bestaat in verschillende laboratoria over de hele wereld die speciaal zijn uitgerust voor deze experimenten. Wijzigingen worden voortdurend aan deze instrumenten aan de ionisatie van een bredere reeks verbindingen vergemakkelijken grotere ionen stromen en depositie kortere tijd bereiken, zachte landing multiplexen en daardoor bereiken gelijktijdige afzetting van verscheidene species op verschillende locaties op het oppervlak, en laat nauwkeuriger winkelwagentje ionen zowel massa-ladingsverhouding en ionenmobiliteit vóór depositie. Op soortgelijke wijze is een voortdurend veranderende opstelling van karakteriseringtechnieken gekoppeld aan ion zachte landing instrumentatie zodat in situ analyse van de gedeponeerde materiaal. Ondanks deze verschillen tussen individuele instrumenten, een van de meest voorkomende problemen in zachte landing experimenten is het onvermogenroute die voldoende stabiele bundel massa geselecteerde ionen uit het brongebied van het instrument naar de oppervlakte. Dit kan slechte ionisatie-efficiëntie bij de bron, goed afgesteld spanningen die de ionen doorheen het hele instrument en slecht elektrisch contact tussen het oppervlak en de elektrometer gebruikt om de stroom van zachte aangevoerde ionen meten. In deze lastige situaties kan de ionenbundel via het instrument worden gerouteerd handmatig door eerst het maximaliseren van de ionenstroom gemeten in het vroegste stadium van het instrument en vervolgens systematisch optimaliseren van de gemeten op elke volgende optische langs het totale stralengang stroom. Problemen die zich tijdens de in situ analyse van zacht geland materialen zijn voorzien van grote achtergrond signalen van verontreinigende moleculen zoals onvoorzien koolwaterstoffen. Daarom is het essentieel dat de oppervlakken zorgvuldig bereid en reproduceerbaar vóór elke zachte landing experiment.

Dusft aanvoer van massa geselecteerde ionen kunnen worden gebruikt om zeer goed gedefinieerde oppervlakken voorbereiding van latere analyse door in situ SIMS en IRRAS spectroscopie en een hele reeks andere ex situ microscopie en spectroscopie technieken 6. Massaselectie biedt nauwkeurige controle over de moleculaire samenstelling en ionische laadtoestand van zacht geland materialen. Bovendien ongekende oppervlaktereinheid verkrijgbaar met ion zachte landing omdat gemeenschappelijke verontreinigingen zoals neutrale moleculen, tegenionen en oplosmiddel die in oplossing zijn verwijderd uit de ionenbundel voorafgaand aan afzetting zodat alleen de massa geselecteerde ionen worden geleverd aan het substraat onder 'steriele omstandigheden. De dekking van ionen op het oppervlak kan nauwkeurig worden geregeld door het bewaken van de stroom van zachte aangevoerde ionen en variëren van de lengte van de afzetting daarvan. De kinetische energie van de ionen worden verminderd tot zachte landingscondities bereiken of verhoogd bevorderen reagerenive landing door covalente binding vorming 14 of "pinning" van ionen in het oppervlak 22.

In situ TOF-SIMS, vergeleken met andere FT-ICR-SIMS techniek wordt algemeen gekenmerkt door een grotere gevoeligheid, groter dynamisch bereik, versnippering van gesputterde secundaire ionen en minder reacties van verstoven materiaal in de pluim van secundaire ionen. Hoe groter dynamisch bereik en een hogere gevoeligheid van TOF-SIMS staat detectie van lage-abundantie geproduceerd door ion zachte landing op oppervlakken. Met behulp van in situ is TOF-SIMS mogelijk adducten die gevormd zijn tussen zachte aangevoerde ionen en individuele moleculen op oppervlakken monolaag identificeren. Bovendien, in situ TOF-SIMS illustreert dat undercoordinated ionen bereid door gasfase botsing geïnduceerde dissociatie actiever op oppervlakte immobilisatie niet geheel geligeerd ionen zijn. Opgemerkt zij dat deze undercoordinated metaalionen bestaan ​​in th niete oplossingsfase en vertegenwoordigen dus nieuwe soorten bereid met de mogelijkheden van de zachte landing instrumentatie en geïdentificeerd met TOF-SIMS. Een andere krachtige mogelijkheden van de in situ TOF-SIMS instrument is de mogelijkheid om de oppervlakken bloot gereguleerde druk van reactieve gassen en vervolgens veranderingen in oppervlaktesamenstelling analyseren zonder te breken vacuüm.

In situ FT-ICR-SIMS, terwijl over het algemeen minder gevoelig en gevoelig enigszins hogere opbrengsten van fragmentionen en producten van gasfase ion-molecuul reactie dan TOF-SIMS, biedt het toegevoegde vermogen van de mogelijkheid om de samenstelling van het oppervlak volgen tijdens en na zachte landing gedurende enkele uren. Deze informatie is cruciaal voor het begrip van processen zoals vermindering van de lading en desorptie van ionen van het oppervlak. Zo is dit instrument eerder gebruikt voor bewaking redoxchemie die plaatsvindt tussen twee verschillende ionenzacht landde op dezelfde SAM 80. Bovendien, de ladingsreductietijd en desorptie van meervoudig geprotoneerd peptide-ionen wordt bestudeerd dit instrument en de gegevens werd op een kinetisch model waarin de ontwikkeling van verschillende geladen deeltjes op de oppervlakken van monolagen tijd te produceren.

Gebruikmakend van in situ IRRAS, kan structurele informatie over zacht geland ionen op oppervlakken worden verkregen om te verifiëren dat de ionen behouden hun integriteit tijdens de depositie proces. Dit wordt bereikt door het vergelijken van de gemeten infraroodspectra van ionen op oppervlakken met eerdere spectra verkregen met infraroodspectroscopie in de gasfase en vloeibare fase en IR spectra berekend met theoretische modellering. Door deze bekende structurele informatie te vergelijken met de gemeten vibrationele eigenschappen van de afgezette monsters dat wijzigingen in de gasfase structuren geïdentificeerd. Bovendien kan inzicht in ion-oppervlakte interacties alscertained van de waarneming van vibrationele functies die intenser tijdens zachte landing. Een dergelijke observatie is consistent met de vorming van nieuwe bindingen aan het oppervlak. In dezelfde geest, kan vibratie functies die afnemen in de zachte landing proces indicatief-obligatie breken reacties.

De gecontroleerde bereiding van hoogzuiver dunne films op oppervlakken moet voor diverse toepassingen in de materiaalkunde en microfabricage 124. Momenteel is een populaire werkwijze voor de bereiding van dunne organische films en hybride organisch-anorganische interfaces moleculaire laag depositie (MLD) die afhankelijk is zelfbeperkend grensvlak optraden tussen moleculen en oppervlakken 125.126. MLD maakt veel controle over het depositieproces en dus produceert doorgaans hogere kwaliteit films op oppervlakken dan oplossing-fase werkwijzen 127. Ondanks het wijdverbreide commercial gebruik van MLD, is deze techniek bekend te lijden aan een aantal belangrijke beperkingen die zijn beoordeeld in een recente publicatie 128. Het belangrijkste is, vanwege het feit dat MLD voert afzetting van neutrale moleculen uit de gasfase wordt beperkt tot thermisch stabiele reagentia die voldoende dampdruk om efficiënte deposities opleveren zonder dat thermische degradatie van de verbinding hebben. Een andere beperking van MLD voort uit het feit dat de reactiviteit van moleculen met vaste dragers aanzienlijk in afwezigheid van oplosmiddel worden verminderd. Zachte landing van in massa geselecteerde ionen op oppervlakken overwint deze grote beperkingen van de MLD. Ten eerste kan zachte ionisatie-werkgever elektrospray ionen van grote thermisch labiele moleculen die zeer lage volatiliteit hebben zonder het induceren van fragmentatie of degradatie te produceren. Bovendien kunnen niet-thermische ionenbronnen worden gebruikt om een ​​reeks van homogene of heterogene clusters en nanodeeltjes die niet gevoelig therma te genererenl vervluchtiging. Bovendien kunnen ionen vóór depositie de kinetische energie die nodig is om eventuele belemmeringen die voor Grensvlakreacties overwonnen worden versneld.

Zachte landing van massa geselecteerde ionen is bijzonder geschikt voor de gecontroleerde immobilisatie van complexe moleculen, clusters en nanodeeltjes op substraten. Echter, commerciële schaal bereiden van materialen met deze techniek is beperkt door het feit dat de typische ionstromen verkrijgbaar ESI zijn enkele orden van grootte lager dan die welke momenteel gebruikt in bestaande micro-en nanofabricage methoden. De verdere ontwikkeling van heldere hoge transmissie ESI bronnen 129-131, hoog vermogen en snelle herhalingsfrequentie gepulste laserbronnen 25.132 en continue bronnen op basis van DC-en RF-magnetron sputteren 43,65,133-135 is een cruciale voorwaarde voor de overgang zachte landing van een krachtig instrument in fundamentele wetenschap tot een praktische aanpakvoor microfabricage. In de toekomst, combineert zachte landing aan ion-mobiliteit afscheiding 113 zal nauwkeurige regeling van zowel de primaire als de secundaire structuur van complexe ionen, hetgeen zowel van belang voor praktische toepassingen en voor het onderzoeken van het effect van verschillende oppervlakken van de secundaire structuur van vergemakkelijking geïmmobiliseerd ionen. Bovendien zal de unieke mogelijkheden van zachte landing instrumenten worden gebruikt om moleculen te manipuleren in de gasfase, hetzij door botsing fragmentatie of ion-molecuul reactie, om nieuwe soorten die niet verkrijgbaar zijn door synthese in oplossing te genereren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit onderzoek werd gefinancierd door het Bureau van Basic Energy Sciences, gebied Chemische Wetenschappen, Geowetenschappen en Biosciences van het Amerikaanse Department of Energy (DOE). GEJ erkent steun van het Linus Pauling Fellowship en het Laboratorium Geregisseerd Research and Development Program aan de Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Dit werk werd uitgevoerd met behulp van EMSL, een nationale wetenschappelijke gebruikersfaciliteit gesponsord door het ministerie van Bureau van biologische en milieu-onderzoek Energie en gelegen op PNNL. PNNL wordt beheerd door Battelle voor de Amerikaanse DOE.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Chemie zachte landing massa geselecteerde ionen elektrospray secundaire ionen massaspectrometrie infrarood spectroscopie organometallic katalyse
<em>In Situ</em> SIMS en IR spectroscopie van Well-gedefinieerde oppervlakken die zachte landing van Mass-geselecteerde Ionen
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