JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Chimica

На месте SIMS и ИК спектроскопии Ну определенных поверхность, подготовленную мягкой посадки Масса выбранных ионов

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

Summary

Мягкая посадка ионов массового выбран на поверхности является мощным подход к высоко-контролируемого получения новых материалов. В сочетании с анализом по на месте вторичной ионной масс-спектрометрии (SIMS) и инфракрасной спектроскопии поглощения отражения (IRRAS), мягкая посадка обеспечивает беспрецедентные понимание взаимодействия четко определенных видов с поверхностей.

Abstract

Мягкая посадка ионов масс-выбраны на поверхности является мощным подход к высоко контролируемой подготовки материалов, которые недоступны при использовании обычных методик синтеза. Соединительная мягкую посадку с на месте характеристике с использованием вторичной ионной масс-спектрометрии (SIMS) и инфракрасной спектроскопии поглощения отражения (IRRAS) позволяет анализ четко определенных поверхностей в чистых условиях вакуума. Возможности трех мягкой посадки инструментов, построенных в нашей лаборатории проиллюстрированы для репрезентативной системы поверхностно-связанным металлоорганических подготовленного мягкой посадки массового выбранных рутения трис (бипиридиновые) дикатионов, [Ru (бипиридин) 3] 2 + (бипиридин = бипиридин), на карбоновой кислоты прекращается самоорганизующихся монослоя поверхности на золото (СООН-Sams). В месте время пролета (TOF)-SIMS дает представление о реакционной способности мягкую посадку ионов. Кроме того, кинетика уменьшения заряда, нейтрализации и десорбции, происходящие на СООН-SAM во время и после ионный мягкая посадка изучаются с использованием на месте преобразования Фурье ионный циклотронного резонанса измерений (FT-ICR)-SIMS. В месте IRRAS эксперименты дают понимание того, как структура органических лигандов, окружающих металлических центров является возмущенных через иммобилизации металлоорганических ионов на СООН-SAM поверхностей на мягкой посадки. В совокупности эти три договора предоставить дополнительную информацию о химическом составе, реакционной способности и структуры четко определенных видов, нанесенных на поверхности.

Introduction

Мягкая посадка ионов массового выбран на поверхности остается предметом текущих исследований интерес в связи с продемонстрированных возможностей метода для высоко-контролируемого получения новых материалов 1-6. Недавние усилия указали потенциальных будущих применений мягкой посадки ионов массового выбран в подготовке пептидных и белковых массивов для использования в высокой пропускной биологического скрининга 7,8, разделения белков и конформационной обогащения пептидов 9-12 ковалентного присоединения пептиды на поверхности 9,10,13,14, хиральной обогащения органических соединений 15, электрохимический характеристика конкретных редокс-активных белков 16-18, производство тонких пленок молекулярных 19,20, обработка макромолекул, таких как графен 21 и подготовки модели каталитические системы через мягкую посадку ионных кластеров 22-39, наночастицы 40-48 и металлоорганических сотрудничестваmplexes на вспомогательных материалов 19,49-56. Концепция модификации поверхности через мягкую посадку многоатомных ионов был первоначально предложен Повара и коллегами в 1977 году 57. В последующие годы были разработаны широкий спектр инструментальных подходов для контролируемого осаждения ионов массового выбран из газа- фаза на поверхности 1,4,5. Ионы были произведены посредством таких процессов, как электрораспылительной ионизации (ESI) 10,58,59, матрица-активированная лазерная десорбция / ионизация (MALDI) 21, ионизации электронным ударом (EI) 60,61, импульсный разряд 62 дуга, инертный конденсации газа 36 , 63, магнетронного распыления 64,65 и лазерного испарения 25,66,67. Массовая селекция ионов в газовой фазе до мягкой посадки было достигнуто главным образом с использованием квадрупольного масс фильтры 58,68,69, магнитные отклонения устройства 70 и линейного захвата ионов инструментов 8,59. Особенно NotaBLE прогресс в ионной мягкой методологии посадки недавно произошло с успешной реализации окружающей ионов мягкой и реактивной посадки поварами с сотрудниками 71,72. Используя эти различные методы ионизации и масс-отбора, взаимодействия из гипертермальная (<100 эВ) многоатомные ионы с поверхности были изучены для того, чтобы лучше понять факторы, влияющие на эффективность ионного мягкой посадки и конкурирующие процессы реактивной и инертного рассеяния как а также поверхности индуцированной диссоциации 4,73-75.

Подготовка четко определенных модельных катализаторов для исследовательских целей был особенно плодотворным применение мягкой посадки массовых выбранных ионов 25,34,35,56,76-81. В диапазоне размеров наноразмерных кластеров, где физическое и химическое поведение не изменяется линейно с размером кластера, было продемонстрировано, что добавление или удаление отдельных атомов или из кластеров может существенно влиять йEIR химическая активность 82-84. Это наноразмерных явление, которое возникает в результате квантования, было продемонстрировано убедительно Heiz с сотрудниками 85 для модельного катализатора, состоящего из мягких земельных кластеров восьми атомов золота (Au 8), нанесенных на дефект богатых MgO поверхности. Несколько дополнительных исследований были получены данные о размерно-зависимой реактивности кластеров, нанесенных на поверхности 34,77,86,87. Кроме того, микроскопии изображений с высоким разрешением электронные показывают, что кластеры, содержащие всего лишь десять 88 и пятидесяти пяти 89 атомов может быть в значительной степени ответственны за номер повышенной активности неполным синтезированы золотых катализаторов, нанесенных на оксиды железа. Используя мягкую посадку ионов масс-выбраны, можно приготовить стабильные массивы размера выбранных кластеров и наночастиц, которые не диффундируют и агломерата в более крупные структуры на поверхности вспомогательных материалов 90-92. Эти предыдущие исследования показывают, что с непреING развития, мягкая посадка массовых отобранных кластеров и наночастиц может стать универсальный метод для создания высокоэффективных активных гетерогенных катализаторов, которые используют поведение возникающим большого числа идентичных кластеров и наночастиц в расширенных массивов на поверхностях. Эти чрезвычайно хорошо определенные системы могут быть использованы в исследовательских целях, чтобы понять, как критические параметры, такие как размер кластера, морфологии, элементного состава и влияние поверхности покрытие каталитической активности, селективности и долговечности.

Металлоорганические комплексы, которые обычно используются в растворе, как гомогенных катализаторов могут быть также иммобилизованы на поверхности через мягкую посадку массовых выбранных ионов 56,80,81. Прикрепление ионные металл-лиганд комплексов для твердых носителях для производства гибридных органо-неорганических материалов в настоящее время активной областью исследований в катализе и поверхность научных сообществ 93. Общая цель заключается в получении высокойселективность в сторону целевого продукта в растворе, металл-лиганд в то время как более легкий, облегчающих разделение продуктов из катализаторов и реагентов, остающихся в растворе. Таким образом, поверхность иммобилизованных металлоорганические комплексы воспользоваться преимуществами обоих гомогенных и гетерогенных катализаторов. Через выбора соответствующего субстрата, то можно сохранить или даже улучшить органический лиганд среду вокруг активного металлического центра, обеспечивая при этом сильное поверхностное иммобилизацию 94. Самоорганизующихся однослойные поверхности (МПС) на золото может быть прекращено с рядом различных функциональных групп и, таким образом, идеальные системы для расследования возможности привязывать металлоорганических комплексов на поверхности через мягкую посадку массовых выбранных ионов 95. Кроме того, способы ионизации, такие как атмосферное давление тепловой десорбции ионизации (APTDI) были продемонстрированы ранее, получая в газовой фазе смешанных металлические неорганические комплексычто не доступны через синтез в растворе 96. В том же духе, методы нетепловым кинетически ограниченной синтез и ионизации, такие как магнетронного распыления 65, газовая агрегации 63 и лазерного испарения 66 также может быть соединен с ионной мягкой посадки аппаратуры, чтобы обеспечить универсальный путь к новым неорганических кластеров и наночастиц, нанесенный на поверхности.

Для того, чтобы развиваться мягкую посадку ионов массового выбран в зрелые технологии для подготовки материалов, очень важно, чтобы информационные аналитические методы использоваться в сочетании с мягкой посадки аппаратуры, чтобы перед зондировать химические и физические свойства поверхности, во время и после нанесения ионов. На сегодняшний день множество методов были применены для этой цели в том числе вторичной ионной масс-спектрометрии (SIMS) 19,97-100, Температура десорбции и реакции 50,52, лазерной десорбции и ионизации 101, импульсный молекулярный реакция 102 луч, инфракрасной спектроскопии (ИК и КР) 98103104, поверхность гигантского комбинационного спектроскопия 103105, полость Ringdown спектроскопии 106, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии 35107, сканирующая туннельная микроскопия 33,108-111, атомно-силовая микроскопия 112-114, и просвечивающей электронной микроскопии 39. Тем не менее, чтобы наиболее точно характеризуют поверхностей, подготовленных или модифицированных ионным мягкой посадки, очень важно, что анализ выполняется на месте без воздействия подложки к окружающей среде в лаборатории. Предыдущие исследования, проведенные на месте предоставили понимание явлений, таких, как сокращение ионного заряда мягких земельных ионов с течением времени 37,38,115,116, десорбция мягкая приземлился ионы с поверхности 52, эффективность и кинетическая Энергетическая зависимость ионного реактивного посадки 14,81 , а также влияние размерана каталитическую активность кластеров и наночастиц, нанесенных на поверхности 117. В качестве примера, в нашей лаборатории, мы систематически изучали кинетику сокращения заряд протонированных пептидов на поверхностях различных ЗРК 3. Эти эксперименты проводились с уникальным мягкой посадки инструмента, соединенного с преобразованием Фурье ионного циклотронного резонанса вторичной ионной масс-спектрометр (FT-ICR-SIMS), которая позволяет на месте анализа поверхности во время и после мягкой посадки ионов 97. Чтобы расширить на этих аналитических возможностей, еще одним инструментом была построена, что позволяет на месте характеристики мягких земельных ионов на поверхности с помощью IRRAS 104. Этот инфракрасный метод поверхность чувствительных позволяет образование облигаций и процессы разрушения, а также конформационные изменения в комплексных ионов и поверхностных слоев, подлежащих мониторингу в реальном времени во время и после мягкой посадки 12. Например, при использовании IRRAS это былопоказали, что ионный мягкая посадка может быть использован для ковалентно иммобилизации массовые отобранных пептидов на N-гидроксисукцинимидильную эфир функционализованный ЗРК 13,14.

Здесь мы проиллюстрируем возможности трех уникальных заказных инструментов, расположенных на северо-западной национальной лаборатории Тихоокеанского, которые предназначены для на месте TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS, и IRRAS анализ субстратов производимых через мягкую посадку ионов массового выбран на поверхности. Как репрезентативной системы, мы представляем результаты для мягкой посадки массового выбранных металлорганическим рутения трис (бипиридиновые) дикатионов [Ru (BPY) 3] 2 + на карбоновой кислоты прекращается ЗРК (СООН-ЗРК) подготовить иммобилизованные металлоорганические комплексы. Показано, что на месте ВП SIMS предлагает преимущества чрезвычайно высокой чувствительностью и большой общей динамического диапазона, которая облегчает идентификацию низких видов численности включая реактивных промежуточных, которые могут быть предварительно толькоотправлено в течение коротких периодов времени на поверхности. ВП SIMS также дает представление о том, как удаление лиганда от металлорганическим иона в газовой фазе, до мягкой посадки, влияет на его эффективность по отношению к иммобилизации на поверхности и его химическую реакционную сторону газообразных молекул. Дополнительные характеристики с использованием на месте FT-ICR-SIMS дает представление о сокращении заряда, нейтрализации и десорбции кинетики двухзарядных ионов на поверхности в то время как на месте IRRAS исследует структуру органических лигандов, окружающих заряженные металлические центры, которые могут повлиять на электронные свойства и реакционная способность иммобилизованных ионов. Все вместе, мы проиллюстрировать, как мягкая посадка ионов массового выбран в сочетании с анализом месте по SIMS и IRRAS дает представление о взаимодействии между четко определенными видами и поверхностей, которые имеют последствия для широкого круга научных начинаниях.

Protocol

1. Подготовка СООН-SAM поверхностей на золото для мягкой посадки Масса выбранных ионов Получить плоские золотые субстраты на кремнии (Si) или слюды материалов основы. Кроме того, подготовить золотой пленки на Si или слюды поверхностей в соответствии с процедурами, описанными в литера…

Representative Results

1. Исследование реактивности Ru (BPY) 3 2 + на СООН-ЗРК Использование на месте ВП SIMS Мягкая посадка металлоорганических ионов масс-выбраны на функционализированного ЗРК сначала показано на месте с помощью TOF-SIMS, чтобы обеспечить максимальную чувствительн…

Discussion

Мягкая посадка ионов массового выбран обычно проводят с использованием уникальной специально построенный приборов, которая существует в нескольких лабораториях по всему миру, которые специально оборудованных для этих экспериментов. Модификации постоянно вносятся в этих инструмент…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Это исследование было профинансировано Управлением основной энергии наук, Отдел химических наук, наук о Земле и биологических наук Департамента энергетики США (DOE). GEJ признает поддержку от Линуса Полинга стипендий и направленный программы лаборатории исследований и разработок в северо-западной национальной лаборатории Тихого океана (PNNL). Эта работа была выполнена с использованием ЛСМЭ, национальный научный пользователя объекта автором которого Департамента Управление энергетики биологических и экологических исследований и расположенный в PNNL. PNNL управляется Battelle для Министерства энергетики США.

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

Riferimenti

  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
check_url/it/51344?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
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).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image