一种金属-有机配位结构的构筑方法
阅读说明：本技术 一种金属-有机配位结构的构筑方法 (Construction method of metal-organic coordination structure ) 是由 于丹 欧阳佐柃 孔惠慧 钟秦 于 2021-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种金属-有机配位结构的构筑方法,本发明通过在表面可控引入特定类型与浓度的金属原子以及调控分子与金属原子的比例实现了金属-有机配位结构的构筑,卤代萘酚分子与铁原子在表面共沉积并在特定温度下退火后形成具有O-Fe-O,C-Fe-C两种配位键的金属-有机配位结构,与过去只包含单一配位键的金属-有机配位结构相比,该配位结构具有更加特殊复杂的电学、磁学性质,同时该结构具有更多的反应活性位点,在催化、分子识别等领域中具有更广泛的潜在应用前景。(The invention discloses a construction method of a metal-organic coordination structure, which realizes the construction of the metal-organic coordination structure by controllably introducing metal atoms of specific types and concentrations into the surface and regulating the proportion of molecules and the metal atoms, wherein halogenated naphthol molecules and iron atoms are codeposited on the surface and annealed at a specific temperature to form the metal-organic coordination structure with two coordination bonds of O-Fe-O and C-Fe-C.)
技术领域
本发明涉及一种新型金属-有机配位结构的构筑方法。
背景技术
近几十年来，分子表面自组装以及表面反应被广泛应用于纳米尺度的表面功能化及图案化，从而进一步被应用于功能性纳米材料以及有机电子学等领域。随着表面科学技术的发展，扫描隧道显微镜（STM）作为表面反应观测分析工具发挥了巨大的作用，它能够实时地得到在实空间中表面原子排列的图象和有关电子性质,可应用于表面形貌和与表面电子行为有关的物理、化学现象。借助扫描隧道显微镜精准的成像功能和强大的谱学功能,能够更加直观的认识到整个表面反应的路线和背后的机理。
表面自组装和表面反应作为精准制备低维纳米结构的可行方法，主要利用氢键、卤键、配位键、偶极相互作用、范德华力等非共价相互作用以及共价相互作用来构筑一些具有特定功能且复杂有序的结构。其中，金属配位键相较于共价键，具有可逆性，因此有机金属配位结构具有一定的自修复能力；而与其他的非共价相互作用相比，配位键的强度相对较高，因此有机配位结构较其他自组装结构具有更高的热稳定性。
有机金属配位结构可以保证结构稳定性的同时随着外界环境的变化而改变，并且在电学、催化和气体分离等中都有很大的应用空间，已经广泛被用于构筑具有所预期功能的新型纳米结构。通过表面自组装和表面反应，能够得到性能良好的有机金属配位结构。然而，只包含单一配位键的有机金属配位结构，其电学、磁学性质单一，限制了材料的实际应用。因此，需要一种包含多种配位键的有机金属配位结构来解决以上问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种金属-有机配位结构的构筑方法，该方法所采用的技术方案具体包括以下步骤：
步骤1，室温下将卤代萘酚分子和铁原子依次沉积到金属单晶表面，得到带有卤代萘酚分子和铁原子的金属基底；
步骤2，将步骤1中得到的带有卤代萘酚分子和铁原子的金属基底进行退火处理，得到带有卤代萘酚分子和铁原子的金属基底。
进一步的，步骤1中，卤代萘酚分子为3-溴-2-萘酚；金属单晶表面为Au(111)。
进一步的，步骤1中，具体步骤为：在石英坩埚中装填卤代萘酚分子，装入进样腔中，将卤代萘酚分子加热升华之后，在金属单晶表面沉积卤代萘酚分子，完成卤代萘酚分子沉积之后将样品传入制备腔，以含铁金属源进行金属原子的加热沉积，得到带有卤代萘酚分子和铁原子的金属基底。
进一步的，步骤2中，具体操作过程为：将带有卤代萘酚分子和铁原子的金属基底，从室温加热至退火温度348K进行退火。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的制备工艺简单可控；本发明在超高真空环境下进行反应，产物纯度高；反应物在表面上反应率高，减少了原料的浪费；生成的金属-有机结构实现了金属-有机配位结构，与已有的配位键种类单一的金属-有机配位结构相比，而这种新型金属-有机配位结构具有O-Fe-O，C-Fe-C这两种金属-有机配位键，丰富了该结构的电学性质。
附图说明
图1为3-溴-2-萘酚的结构式和模型图。
图2 为本发明实施例1的3-溴-2-萘酚分子沉积到Au(111)表面上室温时的STM扫描图像和最佳模型。
图3为本发明实施例2的3-溴-2-萘酚分子沉积到Au(111)表面上，铁原子沉积时间为60s，加热到348K，退火后的STM扫描图像和最佳模型。
图4为本发明实施例3的3-溴-2-萘酚分子沉积到Au(111)表面上后，铁原子沉积时间为80s，加热到385K，退火后的STM扫描图像和最佳模型。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
卤代萘酚分子与铁原子在表面共沉积并在特定温度下退火后形成具有O-Fe-O，C-Fe-C两种配位键的金属-有机配位结构，与过去只包含单一配位键的金属-有机配位结构相比，该配位结构具有更加特殊复杂的电学、磁学性质，同时该结构具有更多的反应活性位点，在催化、分子识别等领域中具有更广泛的潜在应用前景。
本发明所述的金属-有机配位结构的构筑方法，包括以下步骤：
步骤1：将Au(111)衬底放入进样腔并用传送杆送至制备腔中，进行氩刻-退火处理以清理单晶表面，氩刻-退火五次并冷却至额定温度，将衬底转移至进样腔中进行分子的沉积。
步骤2：在石英坩埚中装填3-溴-2-萘酚，装入STM进样腔中，经过加热除气之后，在Au(111)衬底上进行3-溴-2-萘酚分子沉积，完成分子沉积之后将样品传入STM制备腔，通过含铁金属源进行金属原子的加热沉积，得到带有3-溴-2-萘酚分子和铁原子的金属基底，其中，3-溴-2-萘酚的结构式和模型图如图1所示。
步骤3：将步骤2得到的带有3-溴-2-萘酚分子和铁原子的金属基底进行退火处理，得到退火金属基底。
步骤4：通过扫描隧道显微镜对步骤2中得到的退火金属基底进行观测，卤代萘酚分子脱卤耦合后通过O-Fe-O，C-Fe-C这两种金属-有机配位键形成的金属-有机配位结构。
实施例1
步骤1：室温下将3-溴-2-萘酚分子沉积到Au(111)表面，沉积电流0.4A,沉积时间40s，沉积温度25.1-25.3℃，衬底温度298.16K-298.44K；
步骤2：通过扫描隧道显微镜(STM)在表面观察到形成的自组装，其结构为花状自组装结构，如图2所示。
实施例2
步骤1：将3-溴-2-萘酚分子沉积到Au(111)表面，沉积电流0.4A,沉积时间3min，沉积温度25.1-25.3℃，衬底温度348K；
步骤2：引入铁金属源，将铁原子沉积到带有3-溴-2-萘酚分子的Au(111)表面，沉积电压1.5kV，沉积电流0.4A，铁沉积时间60s，沉积温度25.5-26.2℃；
步骤3：沉积完成之后，对样品进行退火处理，退火电流1.8A，退火最终温度348K；
步骤:4：退火完成后，通过扫描隧道显微镜(STM)在表面观察到形成了配位网络结构和长链，其中配位网络结构的结构单元是三聚体，如图3所示。
实施例3
与实施例2类似，区别在于，步骤1中的沉积时间为1.5min，衬底温度350K，步骤2中的铁原子沉积温度为25.8-26.3℃，铁原子沉积时间改为80s，步骤3中的退火温度改为385K，经处理步骤4观察到的STM图像如图4所示，可以看出观察到配位网格结构转变为长链，即形成3-溴-2-萘酚分子脱卤耦合后通过O-Fe-O，C-Fe-C这两种金属-有机配位键连接形成的新型金属-有机纳米结构。