Interplay between Hydrogen Bonding and Molecule-Substrate Interactions in the Case of Terephthalic Acid Molecules on Cu(001) Surfaces

Authors
Fuhr, Javier Daniel; Carrera, Alvaro Daniel; Murillo Quiros, Natalia Maria; Cristina, Lucila Josefina; Cossaro, Albano; Verdini, Alberto; Floreano, Luca; Gayone, Julio Esteban; Ascolani, Hugo del Lujan
Publication Year
2012
Language
English
Format
article
Status
Published version
Description
The adsorption and self-assembling properties of terephthalic acid (TPA) molecules deposited on Cu(001) at room temperature have been systematically studied using both experimental and theoretical tools. The system forms two phases at room temperature, the metastable β-phase and the stable 3×3 one. In the case of the β phase, the low-energy electron diffraction and scanning-tunneling microscopy (STM) results indicate that the β phase has a (9 √ 2×2 √ 2)R45◦ unit cell with exactly the same molecular coverage as the 3×3 phase. In addition, the high-resolution X-ray photoelectron spectroscopy O1s spectra indicate that the irreversible β → 3 × 3 transition involves the following two processes: i) deprotonation of the complete carboxyl groups remaining in the metastable phase and ii) re-arrangement of the molecules into the 3×3 configuration. On the other hand, we explored possible molecular configurations for the β phase with different degree of deprotonation (including structures with Cu adatoms) by means of density functional theory calculations. Our theoretical results indicate the formation of strong bonds between the O atoms in carboxylates and the Cu atoms of the surface, which causes a bending of the molecules and a buckling of the first Cu layer. In the 3 × 3 phases, we show that the bending produces observable effects in the molecular STM images. We also observed that the strong interaction between the carboxylates and the Cu atoms at the step edges drives the reorientation of the surface steps along the < 100 > crystallographic directions.
Fil: Fuhr, Javier Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Carrera, Alvaro Daniel. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Murillo Quiros, Natalia Maria. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Cristina, Lucila Josefina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Cossaro, Albano. Consiglio Nazionale delle Ricerche. Istituto Officina dei Materiali; Italia
Fil: Verdini, Alberto. Consiglio Nazionale delle Ricerche. Istituto Officina dei Materiali; Italia
Fil: Floreano, Luca. Consiglio Nazionale delle Ricerche. Istituto Officina dei Materiali; Italia
Fil: Gayone, Julio Esteban. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Ascolani, Hugo del Lujan. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Area de Investigación y Aplicaciones No Nucleares. Gerencia de Física (Centro Atómico Bariloche); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Subject
Terephthalic acid
Cu(001)
Self-assembling
DFT
Scanning-tunneling microscopy
Xray photoelectron spectroscopy
Física Atómica, Molecular y Química
Ciencias Físicas
CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
Access level
Open access
License
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repository
CONICET Digital (CONICET)
Institution
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
OAI Identifier
oai:ri.conicet.gov.ar:11336/11451