Fonksiyonlandırılmış Tiyol Türevlerinin Au(111) Ve Grafen Yüzeyinde Kendiliğinden Düzenlenmiş Tek Tabaka Yapılarının Van Der Waals Dft Hesaplamaları Ile İncelenmesi

Abstract

Tiyol (R-S-H) tabanlı moleküller metal yüzeyler üzerinde organize olabilme özellikleri ile büyük ilgi çekmektedir. Bunların kendiliğinden düzenlenmiş tek tabakaları (KDT) biyo-sensörlerden organik elektronik aygıtlara kadar birçok farklı alanda çok yoğun bir şekilde kullanılan sistemlerdir. Tiyol KDTlerin özellikleri molekül-yüzey ve molekül-molekül etkileşimleri arasında kurulan denge ile yüzeyin kaplanma oranı tarafından belirlenir. Güncel uygulamaların hemen hemen tümünde yüzeye kimyasal bağlanmış (kemisorpsiyon), dik fazlardan oluşan KDTler kullanılmaktadır. Kükürt atomunun Au(111) üzerinde tutunma konumu ve kuvveti tiyol KDT film fazını belirlemede etkin rol oynadığı için bu konu literatürde en çok çalışılan konulardan biri olmuştur. Au(111) oldukça düz bir potansiyel enerji yüzeyine sahiptir. Bu durum, tiyollerin altın yüzeyine tutunma özelliklerinin deneysel bulgularla örtüşecek hassaslık derecesinde belirlenmesi açısından hesaplamalı çalışmalar için bir hedef ortaya koymuştur. KDTlerin tutunma özelliklerinde belirleyici rol oynayan moleküller arası dispersif (van der Waals) kuvvetlerin, özellikle uzun zincirli alkentiyollerde ve farklı tiyol türevlerinde DFT metotlarının gelişmiyle daha hassas biçimde ele alınması mümkün olmuştur. Elektronik uygulamalarda, KDT ile kaplanmış metal yüzeylerin iş fonksiyonunun KDTyi oluşturan moleküllerin özelliklerine bağlı olarak kontrol edilebilmesi önemlidir. Dikarbakloso-dodekaboran tiyoller (C2B10H12S, karborantiyol ya da kısaca KT), karbon, bor ve sülfür atomlarının konumlarının değiştirilmesiyle geometriyi bozmadan molekülün elektron dağılımını değiştirilebilmesine olanak vermektedir. KT türevleri, yüksek kimyasal kararlılıkları ve neredeyse küresel geometrileri ile farklı aygıt uygulamalarına yönelik olarak ilgi çekmektedir. Karboksilik asit ve amin grupları ile fonksiyonlandırılmış KT türevlerinin Au(111) yüzeyler üzerinde oluşturduğu filmlerin elektronik ve kristal yapıları standart ve van der Waals düzeltilmiş yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamaları ile incelenmiştir. Dispersif düzeltilmiş DFT hesaplamaları ile elde edilen altın destekli KDT yapılarının morfolojileri deneysel gözlemlerle tutarlılık göstermektedir. Elde edilen sonuçlar, KT filmleri ile, kaplama yoğunluğu ve moleküler dipol momentleri gibi parametrelere bağlı olarak altın alttaşın iş fonksiyonunun geniş bir aralıkta kontrol edilebileceğini göstermektedir. Grafenin altın yüzeyi üzerinde farklı oryantasyonlu konumlanmasının yüzeyin iş fonksiyonu gibi elektronik özelikler üzerinde etkileri sayısal değerlerle ilk defa bu proje kapsamında ortaya konulmuştur. Grafenin Au(111) üzerinde rotasyonal açıya bağlı ortak süper örgüleri elde edilmiştir. Son yıllarda grafen benzeri iki boyutlu malzemelerin fonksiyonlandırılması için tiyollerin kullanılmasını kapsayan çalışmalar yapılmaktadır. Grafen ve/veya grafenoksit yüzeylerin tiyollerle fonksiyonlandırılabilmesi için deneysel çalışmalarla yeni tepkimeler önerilmiştir. Au(111)/tiyol KDT yüzeylerin grafen ve/veya grafenoksit ile birlikte kullanıldığı kompozit sistemler elektrokimyasal sensörler gibi teknolojik uygulamalar açısında ilgi çekmektedir. Bu projede Au(111)/Grafen/tiyol KDT, Au(111)/tiyol KDT/Grafen hetero katmanlı sistemlerinin vdW düzeltilmiş DFT hesaplamaları ile dik ve çizgili fazlı film morfolojileri ve elektronik özellikleri incelendi. Altın destekli grafenoksit üzerinde alkentiyollerin tutunma özellikleri hesaplamalı yöntemlerle belirlendi. Proje sonuçları, mevcut deneysel çalışmaların daha iyi anlaşılmasını sağlamanın yanında yeni uygulamaların/çalışmaların tasarlanmasına yardımcı olacaktır.