JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Ergebnisse
Discussion
Offenlegungen
Acknowledgements
Materials
Referenzen
Automatische Übersetzung
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Chemie

في الموقع سيمز والأشعة تحت الحمراء الطيفي من السطوح محددة جيدا من إعداد لينة الهبوط من الأيونات اختيارها قداس-

Published: June 16, 2014
doi:
10.3791/51344
, ,
1Physical Sciences Division,Pacific Northwest National Laboratory

Summary

هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح هو نهج قوية لإعداد رقابة شديدة من المواد الجديدة. إلى جانب تحليل الوضع الطبيعي الثانوية مطياف الكتلة ايون (سيمز) والأشعة تحت الحمراء امتصاص انعكاس التحليل الطيفي (IRRAS) في، يوفر هبوط ناعم رؤى غير مسبوقة في تفاعلات الأنواع محددة جيدا مع الأسطح.

Abstract

هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح هو نهج قوية لإعداد رقابة شديدة من المواد التي لا يمكن الوصول إليها باستخدام تقنيات التوليف التقليدية. اقتران هبوط ناعم مع توصيف الوضع الطبيعي في استخدام الطيف الثانوي الشامل أيون (سيمز) والأشعة تحت الحمراء الطيفي امتصاص انعكاس (IRRAS) تمكن من تحليل الأسطح واضحة المعالم في ظل ظروف الفراغ نظيفة. ويوضح قدرات ثلاثة صكوك لينة الهبوط التي شيدت في المختبر لدينا لنظام ممثل organometallics محددة السطح هبوط ناعم للمختارة الشامل الروثينيوم تريس (bipyridine) dications أعدت، [رو (bpy) 3] 2 + (bpy = bipyridine)، على إنهاء حمض الكربوكسيلية السطوح أحادي الطبقة الذاتي تجميعها على الذهب (COOH-صواريخ سام)، وفي الموضع الوقت من الطيران (TOF يوفر) SIMS التبصر في التفاعل من لينة هبطت الأيونات. بالإضافة إلى ذلك، حركية الحد من تهمة، وتحييد ديالامتصاص التي تحدث على COOH-SAM أثناء وبعد دراسة أيون الهبوط بسلام باستخدام فورييه في الموقع تحويل ايون سيكلوترون صدى القياسات (FT-ICR) SIMS على حد سواء. IRRAS في الموضع توفير تجارب التبصر في كيفية هيكل بروابط العضوية المحيطة مراكز المعدن منزعجة من خلال تجميد الأيونات الفلزية العضوية على COOH-SAM السطوح قبل الهبوط بسلام. بشكل جماعي، وتوفير الصكوك الثلاثة معلومات تكميلية حول التركيب الكيميائي، التفاعل وهيكل الأنواع واضحة المعالم معتمدة على السطوح.

Introduction

هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على السطوح لا يزال موضع اهتمام البحث الحالي نظرا لقدرات أثبتت هذه التقنية لإعداد رقابة شديدة من المواد الجديدة 1-6. وأشارت الجهود التي بذلت مؤخرا التطبيقات المحتملة في المستقبل من الهبوط بسلام من أيونات مختارة الشامل في إعداد الببتيد والبروتينات صفائف لاستخدامها في الفرز الفائق الإنتاجية البيولوجية 7،8، والفصل بين البروتينات والببتيدات تخصيب بتكوين 9-12، المرفق التساهمية الببتيدات على الأسطح 9،10،13،14، والإثراء من المركبات العضوية مراوان 15، وتوصيف الكهروكيميائية من البروتينات الأكسدة النشطة محددة 16-18، وإنتاج أفلام رقيقة 19،20 الجزيئية، وتجهيز الجزيئات مثل الجرافين 21 وإعداد نموذج نظم محفز من خلال الهبوط لينة من المجموعات الأيونية 22-39، 40-48 النانوية وشارك العضويهmplexes على مواد الدعم 19،49-56. واقترح مفهوم تعديل الأسطح الناعمة من خلال الهبوط من أيونات متعدد الذرات في البداية من قبل طهاة وزملاء العمل في عام 1977 57. وفي السنوات اللاحقة تم تطوير مجموعة واسعة من النهج فعال للرقابة ترسب أيونات مختارة الشامل من الغاز المرحلة على السطوح 1،4،5. وقد تم إنتاج الأيونات من خلال عمليات مثل التأين electrospray (ESI) 10،58،59، بمساعدة الليزر مصفوفة الامتزاز / التأين (MALDI) 21، تأثير الإلكترون التأين (EI) 60،61، قوس التفريغ نابض 62، خامل التكثيف الغاز 36 ، 63، 64،65 المغنطرون الاخرق، والليزر تبخير 25،66،67. اختيار كتلة أيونات الغاز مرحلة قبل الهبوط لينة قد تحقق أساسا تستخدم مرشحات كتلة رباعي 58،68،69، وأجهزة انحراف مغناطيسي 70، وخطي الصكوك فخ أيون 8،59. A ولا سيما الملاحظهمقدما بلي في منهجية هبوط ناعم ايون وقعت مؤخرا مع نجاح تنفيذ المحيطة أيون هبوط ناعم ورد الفعل من قبل طهاة وزملاء 71،72. باستخدام هذه التقنيات التأين والشامل الاختيار المختلفة، وقد تم دراسة تفاعلات مفرط الحرارة (<100 فولت) أيونات متعدد الذرات مع الأسطح من أجل فهم أفضل للعوامل التي تؤثر على كفاءة أيون هبوط ناعم والعمليات المتنافسة للنثر رد الفعل ويتفاعل كما كذلك السطح بفعل التفكك 4،73-75.

وقد تم إعداد نموذج محفزات واضحة المعالم لأغراض بحثية تطبيق مثمرة بشكل خاص من الهبوط بسلام من أيونات مختارة الشامل 25،34،35،56،76-81. في نطاق حجم الكتل النانو، حيث لا مقياس السلوك الفيزيائية والكيميائية خطيا مع حجم الكتلة، فقد ثبت أن إضافة أو إزالة الذرات واحدة أو من مجموعات قد تؤثر بشكل كبير الEIR التفاعلات الكيميائية 82-84. هذه الظاهرة النانو، والذي ينتج من الحبس الكم، وقد تجلى بشكل مقنع من قبل HEIZ وزملاء العمل 85 لمحفز نموذج يتألف من مجموعات هبطت لينة من ثماني ذرات الذهب (الاتحاد الافريقي 8) معتمدة على أهداب الشوق سطح عيب الغنية. قدمت العديد من الدراسات الإضافية دليلا على التفاعل تعتمد على حجم مجموعات الدعم على الأسطح 34،77،86،87. علاوة على ذلك، الصور عالية الدقة المجهر الإلكترون تشير إلى أن مجموعات تحتوي على عدد قليل من مثل عشرة 88 خمسة وخمسون 89 الذرات قد تكون مسؤولة إلى حد كبير عن النشاط متفوقة من المواد الحفازة الذهب توليفها الأكبر معتمدة على أكاسيد الحديد. توظيف الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل، فمن الممكن لإعداد صفائف مستقرة من مجموعات مختارة وحجم الجسيمات النانوية التي لا تنتشر والتكتل في هياكل أكبر على سطح مواد الدعم 90-92. وتشير هذه الدراسات السابقة التي مع continuجي التنمية والهبوط لينة من مجموعات مختارة الشامل والجسيمات النانوية قد تصبح تقنية تنوعا لخلق المحفزات غير المتجانسة نشطة للغاية التي تستغل سلوك الناشئة أعداد كبيرة من كتل الجسيمات النانوية ومتطابقة في المصفوفات الموسعة على السطوح. ويمكن استخدام هذه الأنظمة للغاية واضحة المعالم لأغراض البحوث لفهم كيفية المعلمات الحرجة مثل حجم الكتلة، مورفولوجيا والتكوين الأولي وتأثير السطح تغطية النشاط التحفيزي والانتقائية والمتانة.

أيضا يمكن أن يجمد المجمعات الفلزية العضوية التي تستخدم عادة في حل مرحلة محفزات متجانسة كما على الأسطح الناعمة من خلال الهبوط من أيونات مختارة الشامل 56،80،81. ربط المجمعات المعادن الأيونية ليجند الدعم الصلبة لإنتاج المواد العضوية غير العضوية المختلطة هي حاليا منطقة نشطة للبحث في الحفز والعلوم سطح المجتمعات 93. الهدف العام هو الحصول على ارتفاعالانتقائية نحو المنتج المطلوب من حل للتخلص المجمعات معدن يجند، مع تيسير الانفصال أسهل من المنتجات من المواد الحفازة والكواشف المتبقية في الحل. بهذه الطريقة، يجمد سطح المجمعات العضويه جني ثمار كل من المواد الحفازة متجانسة وغير متجانسة. من خلال اختيار الركيزة المناسبة فمن الممكن للحفاظ أو حتى تحسين البيئة يجند العضوية حول مركز المعادن النشطة حين تحقيق أيضا تجميد سطح قوي 94. يجوز إنهاء الذاتي تجميعها السطوح أحادي الطبقة (صواريخ سام) على الذهب مع عدد من المجموعات الوظيفية المختلفة، وهي لذلك، وأنظمة مثالية للتحقيق في جدوى يربطون المجمعات العضويه على الأسطح الناعمة من خلال الهبوط من أيونات مختارة الشامل 95. علاوة على ذلك، أثبتت أساليب التأين مثل الضغط الجوي التأين الامتزاز الحراري (APTDI) سابقا لانتاج الغاز مرحلة مختلط المعادن المجمعات غير العضويةالتي لا يمكن الوصول إليها من خلال التوليف في حل 96. في سياق مماثل، وتقنيات غير الحرارية التوليف محدودة kinetically والتأين مثل المغنطرون الاخرق 65، وتجميع الغاز 63 والليزر تبخير 66 أيضا قد يكون مقرونا أيون لينة الأجهزة الهبوط لتوفير طريقا تنوعا لمجموعات والجسيمات النانوية غير العضوية الرواية معتمدة على السطوح.

من أجل أن تتطور الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل إلى تكنولوجيا ناضجة لإعداد المواد، فمن الأهمية بمكان أن الأساليب التحليلية بالمعلومات أن يقترن مع لينة الأجهزة الهبوط للتحقيق في الخواص الكيميائية والفيزيائية للسطوح قبل وأثناء وبعد ترسب الأيونات. حتى الآن، تم تطبيق العديد من التقنيات لهذا الغرض بما في ذلك الثانوية مطياف الكتلة ايون (سيمز) 19،97-100، ودرجة الحرارة المبرمجة الامتزاز وتفاعل 50،52، الامتزاز الليزر والتأين 101، نابض الشعاع الجزيئي رد الفعل 102، التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (FTIR ورامان) 98103104، سطح تعزيز رامان الطيفي 103105، تجويف ringdown الطيفي 106، الأشعة السينية الضوئية الطيفي 35107، المجهر النفقي 33،108-111، القوة الذرية المجهري 112-114، وانتقال الإلكترون المجهري 39. ومع ذلك، لتوصيف أكثر دقة السطوح المحضرة أو تعديلها من قبل ايون الهبوط لينة، من الأهمية بمكان أن التحليل أن يؤديها في الموقع دون التعرض الركيزة للبيئة في المختبر. وقد وفرت التحليلات السابقة التي أجريت في الموقع ثاقبة ظواهر مثل الحد من تهمة الأيونية من أيونات هبطت الناعمة مع مرور الوقت 37،38،115،116، والامتزاز من لينة هبطت الأيونات من الأسطح 52، وكفاءة والاعتماد على الطاقة الحركية للأيون رد الفعل الهبوط 14،81 ، وتأثير حجمعلى النشاط التحفيزي للمجموعات وأودعت النانوية على السطوح 117. على سبيل المثال، في مختبرنا، درسنا منهجية حركية الحد من المسؤول عن الببتيدات البروتونية على أسطح مختلفة صواريخ سام 3. وقد أجريت هذه التجارب مع صك هبوط ناعم فريدة من نوعها إلى جانب تحويل فورييه ايون سيكلوترون صدى ايون الثانوية مطياف الكتلة (FT-ICR-SIMS) التي تمكن من تحليل الوضع الطبيعي من السطوح في أثناء وبعد هبوط ناعم من الأيونات 97 على حد سواء. لتوسيع بناء هذه القدرات التحليلية، وشيد أداة أخرى تسمح توصيف الوضع الطبيعي من الأيونات سقطت على الأسطح الناعمة باستخدام IRRAS 104 في. هذه التقنية الحساسة للسطح بالأشعة تحت الحمراء يمكن تشكيل السندات وعمليات التدمير وكذلك التغيرات متعلق بتكوين في أيونات معقدة وطبقات السطح المراد رصدها في الوقت الحقيقي أثناء وبعد هبوط ناعم 12 على حد سواء. على سبيل المثال، وذلك باستخدام IRRAS كانأثبتت أن أيون الهبوط لينة يمكن استخدامها لشل حركة تساهميا الببتيدات مختارة الشامل على N-hydroxysuccinimidyl استر بين functionalized صواريخ سام 13،14.

هنا، نحن لتوضيح قدرات ثلاثة صكوك مبنية خصيصا فريدة من نوعها تقع في المختبر الوطني شمال غرب المحيط الهادئ التي تم تصميمها لفي الموقع TOF-SIMS، FT-ICR-SIMS، وتحليل IRRAS من ركائز المنتجة من خلال الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل على السطوح. كنظام ممثل، فإننا نقدم نتائج لهبوط ناعم للمختارة الشامل العضويه الروثينيوم تريس (bipyridine) dications [رو (bpy) 3] 2 + على حمض الكربوكسيلية إنهاء صواريخ سام (COOH-صواريخ سام) لإعداد المجمعات العضويه يجمد. وتبين أن TOF-SIMS في الموقع يقدم مزايا حساسية عالية للغاية والنطاق الديناميكي عموما كبيرة مما يسهل تحديد الأنواع وفرة منخفضة بما سيطة رد الفعل التي قد تكون مرحلة ما قبل فقطأرسلت لفترات قصيرة من الوقت على السطوح. كما يوفر TOF-SIMS التبصر في كيفية إزالة يجند من أيون العضويه في طور الغاز، وذلك قبل الهبوط لينة، تؤثر كفاءته نحو تجميد على الأسطح والتفاعلات الكيميائية تجاه الجزيئات الغازية. توصيف التكميلية في الموقع باستخدام FT-ICR-SIMS يوفر نظرة ثاقبة للحد من تهمة، وتحييد حركية الامتزاز من أيونات مشحونة على نحو مضاعف على السطح بينما في الموقع IRRAS تحقيقات هيكل بروابط العضوية المحيطة مراكز معدنية مشحونة، والتي قد تؤثر على خصائص الإلكترونية وتفاعل الأيونات يجمد. بشكل جماعي، ونحن توضيح كيفية الهبوط بسلام من أيونات مختارة الشامل جنبا إلى جنب مع التحليل الموقعي من قبل SIMS وIRRAS في رؤية ثاقبة التفاعلات بين الأنواع والسطوح التي لها آثار على نطاق واسع من الجهود العلمية واضحة المعالم.

Protocol

1. إعداد COOH-SAM السطوح على الذهب للهبوط لينة من الأيونات اختيارها قداس- الحصول على ركائز الذهب مسطحة على السيليكون (سي) أو على حوامل الميكا. بدلا من ذلك، وإعداد الأفلام الذهب على سي أو الأسطح الميكا وفقا للإجراءات الموضح?…

Representative Results

1. التحقيق في التفاعل رو (bpy) 3 2 + على COOH-صواريخ سام في الموقع عن طريق TOF-SIMS ويتضح هبوط ناعم أيونات مختارة الشامل على العضويه بين functionalized الأولى باستخدام صواريخ سام في الموقع TOF-SIMS لتوفير أقصى قدر من الحساسية تجاه ?…

Discussion

ويجري الهبوط لينة من أيونات مختارة الشامل عموما توظيف فريدة الأجهزة مبنية خصيصا موجود في العديد من المختبرات في جميع أنحاء العالم والتي تكون مجهزة خصيصا لهذه التجارب. ويجري باستمرار إجراء تعديلات لهذه الصكوك لتسهيل تأين مجموعة أوسع من المركبات، لتحقيق أكبر التيارا…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وقد تم تمويل هذا البحث من قبل مكتب علوم الطاقة الأساسية، شعبة العلوم الكيميائية، علوم الأرض والعلوم البيولوجية من وزارة الطاقة الأمريكية (DOE). يقر GEJ بدعم من زمالة لينوس بولينغ وبرنامج مختبر البحوث الموجهة والتنمية في المختبر الوطني شمال غرب المحيط الهادئ (PNNL). تم تنفيذ هذا العمل باستخدام EMSL، منشأة المستخدم العلمية الوطنية برعاية وزارة الطاقة ومكتب للبحوث البيولوجية والبيئية وتقع في PNNL. ويتم تشغيل PNNL بواسطة باتيل عن وزارة الطاقة في الولايات المتحدة.

Materials

Gold on Silicon Substrates 1 cm2 Platypus Technologies Au.1000.SL1custom
Gold on Silicon Substrates 4.8 mm diameter circular SPI Supplies 4176GSW-AB
Glass Scintillation Vials Fisher Scientific 03-337-14
Non-denatured Ethanol Sigma-Aldrich 459836-1L
Ultraviolet Cleaner Boekel Scientific
16-Mercaptohexadecanoic Acid Sigma-Aldrich 448303-5G
Hydrochloric Acid Sigma-Aldrich 320331-500ML
Aluminum Foil Sigma-Aldrich Z185140-1EA
Metal Forceps/Tweezers Wiha 49185
Nitrile Gloves Fisher Scientific S66383
Tris(2,2′-bipyridine)dichlororuthenium(II) hexahydrate Sigma-Aldrich 224758-1G
Methanol Sigma-Aldrich 322415-1L
1 mL Gas Tight Glass Syringe Hamilton
Syringe Pump KD Scientific 100
360 um ID Fused Silica Capillary Polymicro Technologies TSP075375
High Resistance Electrometer Keithley 6517A
Commercial TOF-SIMS Instrument Physical Electronics TRIFT
Ultra High Purity Oxygen Matheson G1979175
Research Purity Ethylene Matheson G2250178
Cesium Ion Source Heat Wave Labs 101502
Commercial FTIR Spectrometer Bruker Vertex 70

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referenzen

  1. Gologan, B., Green, J. R., Alvarez, J., Laskin, J., Cooks, R. G. Ion/surface reactions and ion soft-landing. Physical Chemistry Chemical Physics. 7, 1490-1500 (2005).
  2. Perez, A., et al. Functional nanostructures from clusters. Int J Nanotechnol. 7, 523-574 (2010).
  3. Laskin, J., Wang, P., Hadjar, O. Soft-landing of peptide ions onto self-assembled monolayer surfaces: an overview. Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 1079-1090 (2008).
  4. Cyriac, J., Pradeep, T., Kang, H., Souda, R., Cooks, R. G. Low-Energy Ionic Collisions at Molecular Solids. Chem Rev. 112, 5356-5411 (2012).
  5. Verbeck, G., Hoffmann, W., Walton, B. Soft-landing preparative mass spectrometry. Analyst. 137, 4393-4407 (2012).
  6. Johnson, G. E., Hu, Q. C., Laskin, J. Soft Landing of Complex Molecules on Surfaces. Annu Rev Anal Chem. 4, 83-104 (2011).
  7. Ouyang, Z., et al. Preparing protein microarrays by soft-landing of mass-selected ions. Science. 301, 1351-1354 (2003).
  8. Blake, T. A., et al. Preparative linear ion trap mass spectrometer for separation and collection of purified proteins and peptides in arrays using ion soft landing. Anal Chem. 76, 6293-6305 (2004).
  9. Blacken, G. R., Volny, M., Vaisar, T., Sadilek, M., Turecek, F. In situ enrichment of phosphopeptides on MALDI plates functionalized by reactive landing of zirconium(IV)-n-propoxide ions. Anal Chem. 79, 5449-5456 (2007).
  10. Blacken, G. R., et al. Reactive Landing of Gas-Phase Ions as a Tool for the Fabrication of Metal Oxide Surfaces for In Situ Phosphopeptide Enrichment. J Am Soc Mass Spectr. 20, 915-926 (2009).
  11. Wang, P., Laskin, J. Helical peptide arrays on self-assembled monolayer surfaces through soft and reactive landing of mass-selected ions. Angew Chem Int Edit. 47, 6678-6680 (2008).
  12. Hu, Q. C., Wang, P., Laskin, J. Effect of the surface on the secondary structure of soft landed peptide ions. Phys Chem Chem Phys. 12, 12802-12810 (2010).
  13. Wang, P., Hadjar, O., Laskin, J. Covalent immobilization of peptides on self-assembled monolayer surfaces using soft-landing of mass-selected ions. J Am Chem Soc. 129, 8682-8683 (2007).
  14. Wang, P., Hadjar, O., Gassman, P. L., Laskin, J. Reactive landing of peptide ions on self-assembled monolayer surfaces: an alternative approach for covalent immobilization of peptides on surfaces. Physical Chemistry Chemical Physics. 10, 1512-1522 (2008).
  15. Nanita, S. C., Takats, Z., Cooks, R. G., Myung, S., Clemmer, D. E. Chiral enrichment of serine via formation, dissociation, and soft-landing of octameric cluster ions. J Am Soc Mass Spectr. 15, 1360-1365 (2004).
  16. Pepi, F., et al. Soft landed protein voltammetry. (33), 3494-3496 (2007).
  17. Mazzei, F., et al. Soft-landed protein voltammetry: A tool for redox protein characterization. Anal Chem. 80, 5937-5944 (2008).
  18. Mazzei, F., Favero, G., Frasconi, M., Tata, A., Pepi, F. Electron-Transfer Kinetics of Microperoxidase-11 Covalently Immobilised onto the Surface of Multi-Walled Carbon Nanotubes by Reactive Landing of Mass-Selected Ions. Chemistry-a European Journal. 15, 7359-7367 (2009).
  19. Rauschenbach, S., et al. Electrospray Ion Beam Deposition: Soft-Landing and Fragmentation of Functional Molecules at Solid Surfaces. Acs Nano. 3, 2901-2910 (2009).
  20. Saf, R., et al. Thin organic films by atmospheric-pressure ion deposition. Nat Mater. 3, 323-329 (2004).
  21. Rader, H. J., et al. Processing of giant graphene molecules by soft-landing mass spectrometry. Nature Materials. 5, 276-280 (2006).
  22. Xirouchaki, C., Palmer, R. E. Pinning and implantation of size-selected metal clusters: a topical review. Vacuum. 66, 167-173 (2002).
  23. Xirouchaki, C., Palmer, R. E. Deposition of size-selected metal clusters generated by magnetron sputtering and gas condensation: a progress review. Philos T Roy Soc A. 362, 117-124 (2004).
  24. Li, Z. Y., et al. Three-dimensional atomic-scale structure of size-selected gold nanoclusters. Nature. 451, (2008).
  25. Heiz, U., Vanolli, F., Trento, L., Schneider, W. D. Chemical reactivity of size-selected supported clusters: An experimental setup. Rev Sci Instrum. 68, 1986-1994 (1997).
  26. Heiz, U., et al. Chemical reactions on size-selected clusters on surfaces. Nobel Symp. 117, 87-98 (2001).
  27. Kunz, S., et al. Size-selected clusters as heterogeneous model catalysts under applied reaction conditions. Phys Chem Chem Phys. 12, 10288-10291 (2010).
  28. Wepasnick, K. A., et al. Surface Morphologies of Size-Selected Mo-100 +/- 2.5 and (MoO3)(67+/-1.5) Clusters Soft-Landed onto HOPG. J Phys Chem C. 115, 12299-12307 (2011).
  29. Lim, D. C., Dietsche, R., Gantefor, G., Kim, Y. D. Size-selected Au clusters deposited on SiO2/Si: Stability of clusters under ambient pressure and elevated temperatures. Appl Surf Sci. 256, 1148-1151 (2009).
  30. Woodward, W. H., Blake, M. M., Luo, Z. X., Weiss, P. S., Castleman, A. W. Soft-Landing Deposition of Al-17(-) on a Hydroxyl-Terminated Self-Assembled Monolayer. J Phys Chem C. 115, 5373-5377 (2011).
  31. Benz, L., et al. Landing of size-selected Ag-n(+) clusters on single crystal TiO2 (110)-(1×1) surfaces at room temperature. J Chem Phys. 122, (2005).
  32. Tong, X., et al. Intact size-selected Au-n clusters on a TiO2(110)-(1 x 1) surface at room temperature. J Am Chem Soc. 127, 13516-13518 (2005).
  33. Kahle, S., et al. The Quantum Magnetism of Individual Manganese-12-Acetate Molecular Magnets Anchored at Surfaces. Nano Lett. 12, 518-521 (2012).
  34. Proch, S., Wirth, M., White, H. S., Anderson, S. L. Strong Effects of Cluster Size and Air Exposure on Oxygen Reduction and Carbon Oxidation Electrocatalysis by Size-Selected Pt-n (n <= 11) on Glassy Carbon Electrodes. J Am Chem Soc. 135, 3073-3086 (2013).
  35. Kaden, W. E., Wu, T. P., Kunkel, W. A., Anderson, S. L. Electronic Structure Controls Reactivity of Size-Selected Pd Clusters Adsorbed on TiO2 Surfaces. Science. 326, 826-829 (2009).
  36. Binns, C. Nanoclusters deposited on surfaces. Surf Sci Rep. 44, 1-49 (2001).
  37. Johnson, G. E., Priest, T., Laskin, J. Coverage-Dependent Charge Reduction of Cationic Gold Clusters on Surfaces Prepared Using Soft Landing of Mass-Selected Ions. J Phys Chem C. 116, 24977-24986 (2012).
  38. Johnson, G. E., Priest, T., Laskin, J. Charge Retention by Gold Clusters on Surfaces Prepared Using Soft Landing of Mass Selected Ions. Acs Nano. 6, 573-582 (2012).
  39. Johnson, G. E., Wang, C., Priest, T., Laskin, J. Monodisperse Au-11 Clusters Prepared by Soft Landing of Mass Selected Ions. Anal Chem. 83, 8069-8072 (2011).
  40. Zachary, A. M., Bolotin, I. L., Asunskis, D. J., Wroble, A. T., Hanley, L. Cluster Beam Deposition of Lead Sulfide Nanocrystals into Organic Matrices. Acs Appl Mater Inter. 1, 1770-1777 (2009).
  41. Ayesh, A. I., Qamhieh, N., Ghamlouche, H., Thaker, S., El-Shaer, M. Fabrication of size-selected Pd nanoclusters using a magnetron plasma sputtering source. J Appl Phys. 107, (2010).
  42. Ayesh, A. I., Thaker, S., Qamhieh, N., Ghamlouche, H. Size-controlled Pd nanocluster grown by plasma gas-condensation method. J Nanopart Res. 13, 1125-1131 (2011).
  43. Ayesh, A. I., Qamhieh, N., Mahmoud, S. T., Alawadhi, H. Fabrication of size-selected bimetallic nanoclusters using magnetron sputtering. J Mater Res. 27, 2441-2446 (2012).
  44. Datta, D., Bhattacharyya, S. R., Shyjumon, I., Ghose, D., Hippler, R. Production and deposition of energetic metal nanocluster ions of silver on Si substrates. Surf Coat Tech. 203, 2452-2457 (2009).
  45. Majumdar, A., et al. Surface morphology and composition of films grown by size-selected Cu nanoclusters. Vacuum. 83, 719-723 (2008).
  46. Tang, J., Verrelli, E., Tsoukalas, D. Assembly of charged nanoparticles using self-electrodynamic focusing. Nanotechnology. 20, 10 (2009).
  47. Gracia-Pinilla, M. A., Martinez, E., Vidaurri, G. S., Perez-Tijerina, E. Deposition of Size-Selected Cu Nanoparticles by Inert Gas Condensation. Nanoscale Res Lett. 5, 180-188 (2010).
  48. Banerjee, A. N., Krishna, R., Das, B. Size controlled deposition of Cu and Si nano-clusters by an ultra-high vacuum sputtering gas aggregation technique. Appl Phys. 90, 299-303 (2008).
  49. Judai, K., et al. A soft-landing experiment on organometallic cluster ions: infrared spectroscopy of V(benzene)(2) in Ar matrix. Chemical Physics Letters. 334, 277-284 (2001).
  50. Mitsui, M., Nagaoka, S., Matsumoto, T., Nakajima, A. Soft-landing isolation of vanadium-benzene sandwich clusters on a room-temperature substrate using n-alkanethiolate self-assembled monolayer matrixes. J Phys Chem B. 110, 2968-2971 (2006).
  51. Nagaoka, S., Matsumoto, T., Okada, E., Mitsui, M., Nakajima, A. Room-temperature isolation of V(benzene)(2) sandwich clusters via soft-landing into n-alkanethiol self-assembled monolayers. J Phys Chem B. 110, 16008-16017 (2006).
  52. Nagaoka, S., Matsumoto, T., Ikemoto, K., Mitsui, M., Nakajima, A. Soft-landing isolation of multidecker V-2(benzene)(3) complexes in an organic monolayer matrix: An infrared spectroscopy and thermal desorption study. J Am Chem Soc. 129, 1528-1529 (2007).
  53. Nagaoka, S., Ikemoto, K., Matsumoto, T., Mitsui, M., Nakajima, A. Soft-landing isolation of gas-phase-synthesized transition metal-benzene complexes into a fluorinated self-assembled monolayer matrix. J Phys Chem C. 112, 15824-15831 (2008).
  54. Ikemoto, K., Nagaoka, S., Matsumoto, T., Mitsui, M., Nakajima, A. Soft-Landing Experiments of Cr(benzene)(2) Sandwich Complexes onto a Carboxyl-Terminated Self-Assembled Monolayer Matrix. J Phys Chem C. 113, 4476-4482 (2009).
  55. Nagaoka, S., Ikemoto, K., Horiuchi, K., Nakajima, A. Soft- and Reactive-Landing of Cr(aniline)(2) Sandwich Complexes onto Self-Assembled Monolayers: Separation between Functional and Binding Sites. J Am Chem Soc. 133, 18719-18727 (2011).
  56. Pepi, F., et al. Chemically Modified Multiwalled Carbon Nanotubes Electrodes with Ferrocene Derivatives through Reactive Landing. J Phys Chem C. 115, 4863-4871 (2011).
  57. Franchetti, V., Solka, B. H., Baitinger, W. E., Amy, J. W., Cooks, R. G. Soft Landing of Ions as a Means of Surface Modification. International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. 23, 29-35 (1977).
  58. Hadjar, O., et al. Design and performance of an instrument for soft landing of Biomolecular ions on surfaces. Anal Chem. 79, 6566-6574 (2007).
  59. Peng, W. P., et al. Ion soft landing using a rectilinear ion trap mass spectrometer. Anal Chem. 80, 6640-6649 (2008).
  60. Shen, J. W., et al. Soft landing of ions onto self-assembled hydrocarbon and fluorocarbon monolayer surfaces. Int J Mass Spectrom. 182, 423-435 (1999).
  61. Bottcher, A., Weis, P., Bihlmeier, A., Kappes, M. M. C-58 on HOPG: Soft-landing adsorption and thermal desorption. Physical Chemistry Chemical Physics. 6, 5213-5217 (2004).
  62. Klipp, B., et al. Deposition of mass-selected cluster ions using a pulsed arc cluster-ion source. Appl Phys a-Mater. 73, 547-554 (2001).
  63. Baker, S. H., et al. The construction of a gas aggregation source for the preparation of size-selected nanoscale transition metal clusters. Rev Sci Instrum. 71, 3178-3183 (2000).
  64. Haberland, H., Karrais, M., Mall, M., Thurner, Y. Thin-Films from Energetic Cluster Impact – a Feasibility Study. J Vac Sci Technol A. 10, 3266-3271 (1992).
  65. Pratontep, S., Carroll, S. J., Xirouchaki, C., Streun, M., Palmer, R. E. Size-selected cluster beam source based on radio frequency magnetron plasma sputtering and gas condensation. Rev Sci Instrum. 76, (2005).
  66. Duncan, M. A. Invited Review Article: Laser vaporization cluster sources. Rev Sci Instrum. 83, (2012).
  67. Wagner, R. L., Vann, W. D., Castleman, A. W. A technique for efficiently generating bimetallic clusters. Rev Sci Instrum. 68, 3010-3013 (1997).
  68. Harbich, W., et al. Deposition of Mass Selected Silver Clusters in Rare-Gas Matrices. J Chem Phys. 93, 8535-8543 (1990).
  69. Denault, J. W., Evans, C., Koch, K. J., Cooks, R. G. Surface modification using a commercial triple quadrupole mass spectrometer. Anal Chem. 72, 5798-5803 (2000).
  70. Mayer, P. S., et al. Preparative separation of mixtures by mass spectrometry. Anal Chem. 77, 4378-4384 (2005).
  71. Badu-Tawiah, A. K., Wu, C. P., Cooks, R. G. Ambient Ion Soft Landing. Anal Chem. 83, 2648-2654 (2011).
  72. Badu-Tawiah, A. K., Campbell, D. I., Cooks, R. G. Reactions of Microsolvated Organic Compounds at Ambient Surfaces: Droplet Velocity, Charge State, and Solvent Effects. J Am Soc Mass Spectr. 23, 1077-1084 (2012).
  73. Laskin, J., Futrell, J. H. Activation of large ions in FT-ICR mass spectrometry. Mass Spectrom Rev. 24, 135-167 (2005).
  74. Laskin, J., Futrell, J. H. Collisional activation of peptide ions in FT-ICR mass spectrometry. Mass Spectrom Rev. 22, 158-181 (2003).
  75. Wysocki, V. H., Joyce, K. E., Jones, C. M., Beardsley, R. L. Surface-induced dissociation of small molecules, peptides,and non-covalent protein complexes. J Am Soc Mass Spectr. 19, 190-208 (2008).
  76. Abbet, S., Judai, K., Klinger, L., Heiz, U. Synthesis of monodispersed model catalysts using softlanding cluster deposition. Pure Appl Chem. 74, 1527-1535 (2002).
  77. Molina, L. M., et al. Size-dependent selectivity and activity of silver nanoclusters in the partial oxidation of propylene to propylene oxide and acrolein: A joint experimental and theoretical study. Catal Today. 160, 116-130 (2011).
  78. Lei, Y., et al. Increased Silver Activity for Direct Propylene Epoxidation via Subnanometer Size Effects. Science. 328, 224-228 (2010).
  79. Lee, S., et al. Selective Propene Epoxidation on Immobilized Au6-10 Clusters: The Effect of Hydrogen and Water on Activity and Selectivity. Angew Chem Int Edit. 48, 1467-1471 (2009).
  80. Peng, W. P., et al. Redox chemistry in thin layers of organometallic complexes prepared using ion soft landing. Phys Chem Chem Phys. 13, 267-275 (2011).
  81. Johnson, G. E., Laskin, J. Preparation of Surface Organometallic Catalysts by Gas-Phase Ligand Stripping and Reactive Landing of Mass-Selected Ions. Chem-Eur J. 16, 14433-14438 (2010).
  82. Castleman, A. W., Jena, P. Clusters: A bridge between disciplines. P Natl Acad Sci USA. 103, 10552-10553 (2006).
  83. Jena, P., Castleman, A. W. Clusters: A bridge across the disciplines of physics and chemistry. P Natl Acad Sci USA. 103, 10560-10569 (2006).
  84. Castleman, A. W., Jena, P. Clusters: A bridge across the disciplines of environment, materials science, and biology. P Natl Acad Sci USA. 103, 10554-10559 (2006).
  85. Yoon, B., et al. Charging effects on bonding and catalyzed oxidation of CO on Au-8 clusters on MgO. Science. 307, 403-407 (2005).
  86. Landman, U., Yoon, B., Zhang, C., Heiz, U., Arenz, M. Factors in gold nanocatalysis: oxidation of CO in the non-scalable size regime. Top Catal. 44, 145-158 (2007).
  87. Habibpour, V., et al. Novel Powder-Supported Size-Selected Clusters for Heterogeneous Catalysis under Realistic Reaction Conditions. J Phys Chem C. 116, 26295-26299 (2012).
  88. Herzing, A. A., Kiely, C. J., Carley, A. F., Landon, P., Hutchings, G. J. Identification of active gold nanoclusters on iron oxide supports for CO oxidation. Science. 321, 1331-1335 (2008).
  89. Turner, M., et al. Selective oxidation with dioxygen by gold nanoparticle catalysts derived from 55-atom clusters. Nature. 454, (2008).
  90. Yin, F., Xirouchaki, C., Guo, Q. M., Palmer, R. E. High-temperature stability of size-selected gold nanoclusters pinned on graphite. Adv Mater. 17, 731-734 (2005).
  91. Palomba, S., Palmer, R. E. Patterned films of size-selected Au clusters on optical substrates. J Appl Phys. 101, (2007).
  92. Yin, F., Lee, S. S., Abdela, A., Vajda, S., Palmer, R. E. Communication: Suppression of sintering of size-selected Pd clusters under realistic reaction conditions for catalysis. J Chem Phys. 134, (2011).
  93. Zamboulis, A., Moitra, N., Moreau, J. J. E., Cattoen, X., Man, M. W. C. Hybrid materials: versatile matrices for supporting homogeneous catalysts. J Mater Chem. 20, 9322-9338 (2010).
  94. Notestein, J. M., Katz, A. Enhancing heterogeneous catalysis through cooperative hybrid organic-inorganic interfaces. Chem-Eur J. 12, 3954-3965 (2006).
  95. Love, J. C., Estroff, L. A., Kriebel, J. K., Nuzzo, R. G., Whitesides, G. M. Self-assembled monolayers of thiolates on metals as a form of nanotechnology. Chem Rev. 105, 1103-1169 (2005).
  96. Peng, W. P., Goodwin, M. P., Chen, H., Cooks, R. G., Wilker, J. Thermal formation of mixed-metal inorganic complexes at atmospheric pressure. Rapid Commun Mass Sp. 22, 3540-3548 (2008).
  97. Alvarez, J., et al. Preparation and in situ characterization of surfaces using soft landing in a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer. Anal Chem. 77, 3452-3460 (2005).
  98. Cyriac, J., Li, G. T., Cooks, R. G. Vibrational Spectroscopy and Mass Spectrometry for Characterization of Soft Landed Polyatomic Molecules. Anal Chem. 83, 5114-5121 (2011).
  99. Johnson, G. E., Lysonski, M., Laskin, J. In Situ Reactivity and TOF-SIMS Analysis of Surfaces Prepared by Soft and Reactive Landing of Mass-Selected Ions. Anal Chem. 82, 5718-5727 (2010).
  100. Nie, Z. X., et al. In Situ SIMS Analysis and Reactions of Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-Selected Cations and Anions Using an Ion Trap Mass Spectrometer. J Am Soc Mass Spectr. 20, 949-956 (2009).
  101. Gologan, B., et al. Ion soft-landing into liquids: Protein identification, separation, and purification with retention of biological activity. J Am Soc Mass Spectr. 15, 1874-1884 (2004).
  102. Judai, K., Abbet, S., Worz, A. S., Rottgen, M. A., Heiz, U. Turn-over frequencies of catalytic reactions on nanocatalysts measured by pulsed molecular beams and quantitative mass spectrometry. Int J Mass Spectrom. 229, 99-106 (2003).
  103. Cyriac, J., Wleklinski, M., Li, G. T., Gao, L., Cooks, R. G. In situ Raman spectroscopy of surfaces modified by ion soft landing. Analyst. 137, 1363-1369 (2012).
  104. Hu, Q. C., Wang, P., Gassman, P. L., Laskin, J. In situ Studies of Soft- and Reactive Landing of Mass-Selected Ions Using Infrared Reflection Absorption Spectroscopy. Anal Chem. 81, 7302-7308 (2009).
  105. Volny, M., et al. Surface-enhanced Raman spectroscopy of soft-landed polyatomic ions and molecules. Anal Chem. 79, 4543-4551 (2007).
  106. Kartouzian, A., et al. Cavity ring-down spectrometer for measuring the optical response of supported size-selected clusters and surface defects in ultrahigh vacuum. J Appl Phys. 104, (2008).
  107. Kaden, W. E., Kunkel, W. A., Roberts, F. S., Kane, M., Anderson, S. L. CO adsorption and desorption on size-selected Pdn/TiO2(110) model catalysts: Size dependence of binding sites and energies, and support-mediated adsorption. J Chem Phys. 136, (2012).
  108. Price, S. P., et al. STM characterization of size-selected V-1, V-2, VO and VO2 clusters on a TiO2 (110)-(1 x 1) surface at room temperature. Surf Sci. 605, 972-976 (2011).
  109. Benz, L., et al. Pinning mononuclear Au on the surface of titania. J Phys Chem B. 110, 663-666 (2006).
  110. Deng, Z. T., et al. A Close Look at Proteins: Submolecular Resolution of Two- and Three-Dimensionally Folded Cytochrome c at Surfaces. Nano Lett. 12, 2452-2458 (2012).
  111. Di Vece, M., Palomba, S., Palmer, R. E. Pinning of size-selected gold and nickel nanoclusters on graphite. Phys Rev B. , (2005).
  112. Benesch, J. L. P., et al. Separating and visualising protein assemblies by means of preparative mass spectrometry and microscopy. J Struct Biol. 172, 161-168 (2010).
  113. Davila, S. J., Birdwell, D. O., Verbeck, G. F. Drift tube soft-landing for the production and characterization of materials: Applied to Cu clusters. Rev Sci Instrum. 81, (2010).
  114. Rauschenbach, S., et al. Electrospray ion beam deposition of clusters and biomolecules. Small. 2, 540-547 (2006).
  115. Hadjar, O., Futrell, J. H., Laskin, J. First observation of charge reduction and desorption kinetics of multiply protonated peptides soft landed onto self-assembled monolayer surfaces. J Phys Chem C. 111, 18220-18225 (2007).
  116. Hadjar, O., Wang, P., Futrell, J. H., Laskin, J. Effect of the Surface on Charge Reduction and Desorption Kinetics of Soft Landed Peptide Ions. J Am Soc Mass Spectr. 20, 901-906 (2009).
  117. Heiz, U., Bullock, E. L. Fundamental aspects of catalysis on supported metal clusters. J Mater Chem. 14, 564-577 (2004).
  118. Nogues, C., Wanunu, M. A rapid approach to reproducible, atomically flat gold films on mica. Surf Sci. 573, (2004).
  119. Kawasaki, M., Uchiki, H. Sputter deposition of atomically flat Au(111) and Ag(111) films. Surf Sci. 388, (1997).
  120. Laskin, J., Denisov, E. V., Shukla, A. K., Barlow, S. E., Futrell, J. H. Surface-induced dissociation in a Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer: Instrument design and evaluation. Anal Chem. 74, 3255-3261 (2002).
  121. Mize, T. H., et al. A modular data and control system to improve sensitivity, selectivity, speed of analysis, ease of use, and transient duration in an external source FTICR-MS. Int J Mass Spectrom. 235, 243-253 (2004).
  122. Mallick, P. K., Danzer, G. D., Strommen, D. P., Kincaid, J. R. Vibrational-Spectra and Normal-Coordinate Analysis of Tris(Bipyridine)Ruthenium(Ii). J Phys Chem-Us. 92, 5628-5634 (1988).
  123. Strommen, D. P., Mallick, P. K., Danzer, G. D., Lumpkin, R. S., Kincaid, J. R. Normal-Coordinate Analyses of the Ground and 3mlct Excited-States of Tris(Bipyridine)Ruthenium(Ii). J Phys Chem-Us. 94, 1357-1366 (1990).
  124. Kim, H., Lee, H. B. R., Maeng, W. J. Applications of atomic layer deposition to nanofabrication and emerging nanodevices. Thin Solid Films. 517, 2563-2580 (2009).
  125. Du, Y., George, S. M. Molecular layer deposition of nylon 66 films examined using in situ FTIR spectroscopy. J Phys Chem C. 111, 8509-8517 (2007).
  126. Yoshimura, T., Tatsuura, S., Sotoyama, W. Polymer-Films Formed with Monolayer Growth Steps by Molecular Layer Deposition. Appl Phys Lett. 59, 482-484 (1991).
  127. Loscutoff, P. W., Zhou, H., Clendenning, S. B., Bent, S. F. Formation of Organic Nanoscale Laminates and Blends by Molecular Layer Deposition. Acs Nano. 4, 331-341 (2010).
  128. George, S. M., Yoon, B., Dameron, A. A. Surface Chemistry for Molecular Layer Deposition of Organic and Hybrid Organic-Inorganic Polymers. Accounts Chem Res. 42, 498-508 (2009).
  129. Marginean, I., Page, J. S., Tolmachev, A. V., Tang, K. Q., Smith, R. D. Achieving 50% Ionization Efficiency in Subambient Pressure Ionization with Nanoelectrospray. Anal Chem. 82, 9344-9349 (2010).
  130. Page, J. S., Tang, K., Kelly, R. T., Smith, R. D. Subambient pressure ionization with nanoelectrospray source and interface for improved sensitivity in mass spectrometry. Anal Chem. 80, 1800-1805 (2008).
  131. Kelly, R. T., Page, J. S., Tang, K. Q., Smith, R. D. Array of chemically etched fused-silica emitters for improving the sensitivity and quantitation of electrospray ionization mass spectrometry. Anal Chem. 79, 4192-4198 (2007).
  132. Spraggins, J. M., Caprioli, R. High-Speed MALDI-TOF Imaging Mass Spectrometry: Rapid Ion Image Acquisition and Considerations for Next Generation Instrumentation. J Am Soc Mass Spectr. 22, 1022-1031 (2011).
  133. Majumdar, A., et al. Development of metal nanocluster ion source based on dc magnetron plasma sputtering at room temperature. Rev Sci Instrum. 80, (2009).
  134. Ganeva, M., Pipa, A. V., Hippler, R. The influence of target erosion on the mass spectra of clusters formed in the planar DC magnetron sputtering source. Surf Coat Tech. , 213-241 (2012).
  135. Tang, J., Verrelli, E., Tsoukalas, D. Selective deposition of charged nanoparticles by self-electric focusing effect. Microelectron Eng. 86, 898-901 (2009).

Tags

Soft LandingMass-selected IonsIn Situ CharacterizationSecondary Ion Mass Spectrometry (SIMS)Infrared Reflection Absorption Spectroscopy (IRRAS)OrganometallicsSelf-assembled MonolayersRuthenium Tris(bipyridine) DicationsTime-of-flight (TOF)-SIMSFourier Transform Ion Cyclotron Resonance (FT-ICR)-SIMS

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Diesen Artikel zitieren
Johnson, G. E., Gunaratne, K. D. D., Laskin, J. In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions. J. Vis. Exp. (88), e51344, doi:10.3791/51344 (2014).
Zitat herunterladen
Nachdrucke und Berechtigungen

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image