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Low-energy electron irradiation induced synthesis of molecular nanosheets: influence of the electron beam energy
Faraday Discussions ( IF 3.3 ) Pub Date : 2019-12-17 , DOI: 10.1039/c9fd00119k Christof Neumann 1, 2, 3, 4 , Richard A. Wilhelm 5, 6, 7, 8, 9 , Maria Küllmer 1, 2, 3, 4 , Andrey Turchanin 1, 2, 3, 4, 10
Faraday Discussions ( IF 3.3 ) Pub Date : 2019-12-17 , DOI: 10.1039/c9fd00119k Christof Neumann 1, 2, 3, 4 , Richard A. Wilhelm 5, 6, 7, 8, 9 , Maria Küllmer 1, 2, 3, 4 , Andrey Turchanin 1, 2, 3, 4, 10
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Aromatic self-assembled monolayers (SAMs) can be cross-linked into molecular nanosheets – carbon nanomembranes (CNMs) – via low-energy electron irradiation. Due to their favorable mechanical stability and tunable functional properties, they possess a high potential for various applications including nanosensors and separation membranes for osmosis or energy conversion devices. Despite this potential, the mechanistic details of the electron irradiation induced cross-linking process still need to be understood in more detail. Here, we studied the cross-linking of 4′-nitro-1,1′-biphenyl-4-thiol SAM on gold. The SAM samples were irradiated with different electron energies ranging from 2.5 to 100 eV in ultra-high vacuum and subsequently analysed by complementary techniques. We present results obtained via spectroscopy and microscopy characterization by high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), low-energy electron diffraction with micrometre sized electron beams (μLEED) and low-energy electron microscopy (LEEM). To demonstrate the formation of CNMs, the formed two-dimensional molecular materials were transferred onto grids and oxidized wafer and analyzed by optical, scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). We found a strong energy dependence for the cross section for the cross-linking process, the rate of which decreases exponentially towards lower electron energies by about four orders of magnitude. We conduct a comparative analysis of the cross sections for the C–H bond scission via electron impact ionization and dissociative electron attachment and find that these different ionization mechanisms are responsible for the variation of the cross-linking cross section with electron energy.
中文翻译：
低能电子辐照诱导的分子纳米片的合成：电子束能量的影响
芳香族自组装单分子膜（SAMs）可以通过低能电子辐照交联成分子纳米片-碳纳米膜（CNMs）。由于其良好的机械稳定性和可调节的功能特性，它们在各种应用（包括用于渗透或能量转换设备的纳米传感器和分离膜）中具有很高的潜力。尽管具有这种潜力，但仍需要更详细地了解电子辐照引发的交联过程的机械细节。在这里，我们研究了4'-硝基-1,1'-联苯-4-硫醇SAM在金上的交联。在超高真空下以2.5至100 eV的不同电子能量辐照SAM样品，然后通过补充技术进行分析。我们介绍获得的结果通过高分辨率X射线光电子能谱（XPS）进行的光谱学和显微镜表征，具有微米级电子束（μLEED）的低能电子衍射和低能电子显微镜（LEEM）。为了证明CNM的形成，将形成的二维分子材料转移到栅格和氧化的晶片上，并通过光学，扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）进行分析。我们发现交联过程的横截面具有很强的能量依赖性，其速率朝着较低的电子能量呈指数下降约四个数量级。我们通过以下方式对C–H键断裂的横截面进行了比较分析 电子撞击电离和解离电子的附着，发现这些不同的电离机理是交联截面随电子能量变化的原因。
更新日期：2019-12-17
中文翻译：
低能电子辐照诱导的分子纳米片的合成：电子束能量的影响
芳香族自组装单分子膜（SAMs）可以通过低能电子辐照交联成分子纳米片-碳纳米膜（CNMs）。由于其良好的机械稳定性和可调节的功能特性，它们在各种应用（包括用于渗透或能量转换设备的纳米传感器和分离膜）中具有很高的潜力。尽管具有这种潜力，但仍需要更详细地了解电子辐照引发的交联过程的机械细节。在这里，我们研究了4'-硝基-1,1'-联苯-4-硫醇SAM在金上的交联。在超高真空下以2.5至100 eV的不同电子能量辐照SAM样品，然后通过补充技术进行分析。我们介绍获得的结果通过高分辨率X射线光电子能谱（XPS）进行的光谱学和显微镜表征，具有微米级电子束（μLEED）的低能电子衍射和低能电子显微镜（LEEM）。为了证明CNM的形成，将形成的二维分子材料转移到栅格和氧化的晶片上，并通过光学，扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）进行分析。我们发现交联过程的横截面具有很强的能量依赖性，其速率朝着较低的电子能量呈指数下降约四个数量级。我们通过以下方式对C–H键断裂的横截面进行了比较分析 电子撞击电离和解离电子的附着，发现这些不同的电离机理是交联截面随电子能量变化的原因。
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