有機分子在金屬表面上結(jié)構(gòu)和動力學(xué)行為的第一性原理計算研究

杜世萱

中國科學(xué)院物理研究所，北京市海淀區(qū)中關(guān)村南三街8 號，郵編100190

　　分子-金屬體系具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì),在基礎(chǔ)研究以及未來電子器件等應(yīng)用領(lǐng)域受到人們越來越多的關(guān)注。金屬酞菁化合物由于其熱力學(xué)、化學(xué)穩(wěn)定性及優(yōu)良的光電特性等，在染料工業(yè)、光電功能材料等方面被廣泛應(yīng)用,同時,大量的實驗工作也對該類分子的自組裝結(jié)構(gòu)和單分子物性等在基礎(chǔ)研究層面進行了深入的研究。

　　我們利用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，系統(tǒng)地研究了金屬酞菁，MPc(M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)，分子體系在Au(111)面上的吸附構(gòu)型、界面電子結(jié)構(gòu)以及磁性過渡金屬酞菁化合物的磁性性質(zhì)等，與自由的金屬酞菁分子的以上性質(zhì)進行了比較分析，從本質(zhì)上對酞菁分子在金屬表面表現(xiàn)出來的的自組裝行為及單分子物性給出了合理的解釋。

　　研究結(jié)果表明，MnPc，F(xiàn)ePc 和CoPc 分子與Au(111)的相互作用比NiPc, CuPc, ZnPc 與Au(111)的相互作用強;除CoPc 分子外，其他磁性金屬酞菁分子吸附前后中心金屬原子的磁矩保持不變;金屬酞菁分子在Au(111)表面的吸附能都不大，并且不同構(gòu)型間的能量差異較小。

　　這些研究結(jié)果不僅成功地解釋了酞菁分子在Au(111)表面的自組裝行為以及單分子物理性質(zhì)，結(jié)合實驗給出了動力學(xué)過程中分子亞穩(wěn)態(tài)的構(gòu)型，還對金屬酞菁分子在Au(111)基底上的動力學(xué)行為給出了合理的解釋，如，由于金屬酞菁分子不同吸附構(gòu)型間能量差異小，使得在特定溫度下金屬酞菁分子在Au(111)面上容易擴散，與實驗上觀察到的FePc 分子在液氮溫度下仍然擴散的現(xiàn)象一致等。

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