Covalent stabilization of 2D self-assembled nanostructures on surfaces

La scoperta del grafene ha suscitato grande interesse verso i materiali a bassa dimensionalità (0D, 1D e 2D) e uno sforzo congiunto tra i diversi rami della scienza è orientato verso la produzione di nuovi materiali con proprietà analoghe a quelle del grafene, ma controllabili. La sintesi su superficie in condizioni di ultra-alto vuoto (UHV) sembra essere promettente per la produzione di nanostrutture organiche. Infatti, in queste condizioni, è possibile avere un’ampia varietà di materiali, un perfetto controllo delle condizioni di reazione, della simmetria della superficie e della sua corrugazione. Questi sono solo alcuni dei vantaggi che l’UHV offre. Sebbene varie reazioni siano state testate negli ultimi anni, sembra chiaro che per realizzare monostrati polimerici ordinati siano necessiari approcci più complessi. In questo lavoro di Tesi, la sintesi di nanostrutture polimeriche su superficie è stata studiata per diverse reazioni, substrati e condizioni di reazione. La microscopia ad effetto tunnel e la spettroscopia di fotoemissione a raggi X sono state utilizzate per la caratterizzazione dei diversi sistemi permettendo un'analisi complementare delle strutture molecolari e dei loro stati chimici. In particolare, le reazioni attivate termicamente sono state utilizzate per polimerizzare gradualmente il 4,4"-dibromo-terfenile e ottenere, in un primo step di reazione, per mezzo della reazione di Ullmann su Au (111), il poli-parafenilene, ,e poi nanoribbons di grafene dopo l'attivazione del legami C-H. Un delicato equilibrio tra l'attività catalitica della superficie, la mobilità molecolare e l’organizzazione molecolare ha permesso di ottenere strutture ordinate estese. Inoltre, sfruttando questa metodica, sono stati ottenuti tre differenti polimeri 1D, caratterizzati da un crescente contenuto di azoto. Campioni macroscopicamente anisotropici sono stati preparati sfruttando l'effetto templante delle superfici vicinali e, grazie alla spettroscopia di fotoemizzione risolta in angolo, è stato rivelato che la struttura elettronica dei polimeri drogati è rigidamente spostata verso energie minori rispetto al livello di Fermi del metallo all'aumentare del contenuto di azoto. Infine, è stata esplorata l'attivazione fotochimica di diversi gruppi funzionali. Questi studi rappresentano un passo avanti verso l’applicazione della fotochimica alla sintesi su superficie, che attualmente sfrutta solo gruppi diacetilenici, e apre nuove opportunità per l'utilizzo di diversi gruppi funzionali organici come centri fotoattivi.