대량 선택 이온 소프트 랜딩에 의해 준비 잘 정의 된 표면의 제자리 SIMS 및 IR 분광법

표면 상에 대량으로 선택 이온의 연착륙으로 인해 새로운 재료 ^1-6의 높은 제어 준비를위한 기술의 시연 기능에 대한 현재의 연구 관심의 대상이 남아있다. 최근의 노력은 높은 처리량 생물 학적 검사 ^7,8, 단백질의 분리 및 펩타이드의 구조적 농축 ^9-12의 공유 결합에 사용되는 펩타이드 및 단백질 어레이의 제조에 대량 선택 이온 소프트 랜딩의 잠재적 인 미래의 응용 프로그램을 나타낼 표면 ^9,10,13,14, 유기 화합물의 키랄 농축에 펩티드 ^(15), 특정 산화 환원 활성 단백질의 전기 화학적 특성 ^16-18, 얇은 분자 필름 ^{19, 20의} 생산, 같은 그라 핀 ^(21)과 모델의 준비와 같은 거대 분자의 처리 이온 클러스터 ^22-39의 소프트 랜딩 (soft landing)을 통해 촉매 시스템은, ^{40 ~ 48} 및 유기 금속 공동으로 나노 입자지원 자료 ^19,49-56에 mplexes. 다 원자 이온의 연착륙을 통해 표면 개질 개념이 처음 1977 년 ⁵⁷ 요리사 및 동료에 의해 ​​제안되었다. 후속 년 수단이 접근법의 광범위한 가스로부터 대량 선택된 이온의 제어 된 증착을 위해 개발되어왔다 상 단계 ^1,4,5을 표면. 이온은 전기 분무 이온화 (ESI) ^10,58,59, 매트릭스 보조 레이저 탈착 / 이온화 (MALDI) ^(21), 전자 충격 이온화 (EI) ^{60, 61,} 펄스 아크 방전 ^(62), 불활성 가스 ^(36)와 같은 응축 과정을 통해 생성 된 ^{, 63, 64, 65을} 마그네트론 스퍼터링, 레이저 기화 ^25,66,67. 기체 상태의 이온 질량 선택은 이전의 연착륙에 주로 사중 극자 질량 필터 ^58,68,69, 자기 편향 장치 ^(70), 및 선형 이온 트랩 악기 ^{8,59를 사용을} 실현하고 있습니다. 특히 NOTA이온 소프트 랜딩 방법론의 상상력 사전은 요리사와 동료 ^{(71, 72)에} 의해 주위 이온 소프트와 반응 방문의 성공적인 구현과 최근에 발생했습니다. 이러한 다양한 이온화, 질량 선택 기법을 사용하여, hyperthermal 표면 (<100 EV) 다 원자 이온의 상호 작용이 더 같이 이온 연착륙의 효율성 및 반응성 및 비 반응성 산란 경쟁 프로세스에 영향을 미치는 요인을 이해하기 위해 연구되어왔다 물론 표면으로 분리 ^4,73-75을 유도.

연구 목적으로 잘 정의 모델 촉매의 제조는 대량 선택된 이온 ^{25,34,35,56,76-81} 부드러운 착지 특히 유익한 프로그램이다. 물리적 및 화학적 거동은 클러스터 크기에 따라 선형 적으로 확장되지 않는 나노 클러스터의 크기 범위에서, 또는 클러스터로부터 또 또는 단일 원자의 제거가 비약적으로 번째에 영향을 미칠 수 있음을 입증되었다EIR 화학 반응성이 ^{82 ~ 84.} 양자 구속의 결과이 나노 현상은, 결함이 풍부한 산화 마그네슘 표면에 지원하는 여덟 금 원자 (금 _8)의 부드러운 착륙 클러스터로 구성된 모델 촉매 Heiz 및 동료 ^(85)에 의해 그럴듯하게 입증되었다. 몇 가지 추가적인 연구는 표면 ^{34,77,86,87에서} 지원 클러스터의 크기에 의존하는 반응의 증거를 제공했다. 또한, 고해상도 전자 현미경 이미지는 10 ⁸⁸ 쉰다섯 ⁸⁹ 원자 적은 수를 포함하는 클러스터는 산화철 지원 대량 합성 금 촉매의 뛰어난 활동에 크게 책임이있을 수 있음을 나타냅니다. 대량 선택 이온 소프트 랜딩을 채택, 그것은 확산 및 지원 자료의 표면에 ^{90 ~ 92에} 더 큰 구조로 응집하지 않는 크기를 선택한 클러스터 및 나노 입자의 안정적인 배열을 준비 할 수 있습니다. 이러한 이전의 연구는 표시가 연속 해있는개발을 보내고, 대량 선택한 클러스터 및 나노 입자의 소프트 랜딩은 표면에 확장 배열이 동일 클러스터와 나노 입자의 큰 숫자의 긴급 행동을 악용 고 활성 이종 촉매의 창조를위한 다양한 기술이 될 수있다. 이러한 매우 잘 정의 된 시스템은 클러스터의 크기, 형태, 원소 조성 및 표면 커버리지 영향 촉매 활성, 선택성 및 내구성 등의 중요도 파라미터를 이해하는 연구 목적을 위해 사용될 수있다.

일반적으로 용액 상 균질 촉매에 사용되는 유기 금속 복합체는 대량 선택 이온 ^56,80,81의 연착륙을 통해 표면에 고정 할 수있다. 하이브리드 유기 – 무기 물질을 생산하기 위해 고체 지원에 이온 성 금속 – 리간드 복합체를 연결하면 현재 촉매 및 표면 과학 사회 ⁹³ 연구의 활성 영역입니다. 전반적인 목표는 높은를 획득하는 것입니다촉매 및 솔루션에 남아있는 반응물에서 제품의 쉬운 분리를 용이하게하는 동안 솔루션 상 금속 – 리간드 복합체의 원하는 제품쪽으로 선택. 이러한 방식으로, 표면이 유기 금속 착체가 균일하고 불균일 촉매 둘 다의 이점을 얻을 고정화. 그것은 또한 강한 표면 고정화 ^(94)를 달성하면서 유지하거나 심지어는 활성 금속 중심 주변의 유기 리간드 환경을 향상시킬 수있다 적절한 기판의 선택 스루. 금에 자기 조립 단분자막의 표면 (출판사 Sams), 그러므로, 대량 선택 이온 ^(95)의 소프트 랜딩 (soft landing)을 통해 표면에 유기 금속 복합체를 테 더링의 타당성을 조사하기 위해 최적의 시스템을 서로 다른 작용기의 숫자로 종료되고있다 할 수있다. 또한, 같은 대기압 열 탈착 이온화 (APTDI)로 이온화 방법은 기체 상 혼합 금속 무기 복합체를 산출하기 이전에 증명 된솔루션 ^(96)의 합성을 통해 액세스 할 수없는 그. 비슷한 맥락에서, 마그네트론 스퍼터링 ^(65), 가스 집계 ^(63)와 레이저 기화 ^(66)과 같은 비 열 역학적으로 제한 합성과 이온화 기술도에서 지원되는 새로운 무기 클러스터와 나노 입자에 다양한 경로를 제공하기 위해 이온 소프트 랜딩 기기와 결합 될 수있다 면.

재료의 제조를위한 성숙한 기술로 대량 선택된 이온의 연착륙을 발전하기 위하여, 유익한 분석 방법은 증착 동안 및 전후면의 화학적 및 물리적 특성을 프로빙 연착륙 계측과 결합하는 것이 중요 이온. 지금까지의 기술은 다수의 이차 이온 질량 분석법 (SIMS) ^19,97-100 온도 프로그래밍 탈착 반응 ^{(50, 52),} 레이저 탈착 이온화 ^일 등이 용도 적용된01, 펄스 분자 빔 반응 ^(102), 적외선 분광기 (FTIR과 라만) ^98103104, 표면 강화 라만 분광법 ^{(103, 105),} 캐비티 링 다운 분광법 ⁽¹⁰⁶⁾ x-선 광전자 분광법 ^35107, 스캐닝 터널링 현미경 ^33,108-111, 원자 힘 현미경 ^(112-114) 및 투과형 전자 ^{현미경으로 39.} 그러나, 가장 정확하게 제조 또는 이온 연착륙하여 표면 개질을 특성화하기 위해, 그것은 분석 실험실 환경에 기판을 노출하지 않고 반응계에서 수행하는 것이 중요하다. 현장에서 실시 이전 분석은 같은 시간 ^{37,38,115,116에} 부드러운 착륙 이온의 이온 전하의 감소 등의 현상에 대한 통찰력을 제공하고, 소프트의 탈착은 표면 ^{(52)으로부터} 이온을 착륙, 효율성과 이온 반응 방문 ^14,81의 운동 에너지 의존 및 사이즈의 영향에 입금 클러스터와 나노 입자의 촉매 활성에 ⁽¹¹⁷⁾ 표면. 예로서, 우리 실험실에서, 우리는 체계적 다른 ^3의 SAMs의 표면에 프로톤 펩타이드의 전하 감소 동력학을 연구 하였다. 이러한 실험이 결합 된 독특한 연착륙 악기와 수행 하였다 푸리에 동안과 이온 ^97의 소프트 랜딩 후 양면의 현장 분석을 가능하게 이온 사이클로트론 공명 이차 이온 질량 분석기 (FT-ICR-SIMS)를 변환 할 수 있습니다. 이러한 분석 기능을 확장하기 위해, 다른 기기는 IRRAS ^(104)를 사용하여 표면에 부드러운 착륙 이온의 현장 특성에 허용하는 건설되었다. 복잡한 이온과 표면 층의 구조적 변화는 동안 소프트 랜딩 ⁽¹²⁾ 후 모두 실시간으로 모니터링 할 수로이 표면에 민감한 적외선 기술뿐만 아니라 결합 형성과 파괴의 과정을 수 있습니다. 예를 들어, IRRAS를 사용했다이온 연착륙 공유 결합 N-히드 록시 숙신 에스테르 관능의 SAMs ^13,14에 대량 선택된 펩티드를 고정화하는 데 사용될 수 있다는 것을 보여 주었다.

여기서, 우리는 현장 TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS에 대한 설계 퍼시픽 노스 웨스트 국립 연구소에있는 세 개의 고유 한 맞춤형 악기의 기능을 설명하고, 대량 선택 이온 소프트 랜딩 (soft landing)을 통해 생산 된 기판의 IRRAS 분석 표면 상. 대표적인 시스템으로, 우리는 고정화 된 유기 금속 착물을 준비하는 대량 선택된 유기 금속 루테늄 트리스 (피리딘) dications의 연착륙에 대한 결과 [루 (BPY) _3] ^{2 +} 카르 복실 산 상 종료를 SAM에 (COOH-SAM에) 제시한다. 그것은 현장에서 TOF-SIMS는 미리 할 수있다 반응 중간체 등의 낮은 풍부한 종의 식별을 용이하게 매우 높은 감도와 큰 전체 동적 범위의 이점을 제공 것을 알 수있다표면에 짧은 시간에 전송됩니다. TOF-SIMS는 이전의 연착륙에 가스 상에 유기 금속 이온에서 리간드의 제거, 표면에 고정화를 향해 효율성 및 가스 분자 향해 화학 반응에 영향을 미치는 방법에 대한 통찰력을 제공합니다. 반응계에서 IRRAS는 좌우할 수 청구 금속 중심을 둘러싼 유기 리간드의 구조를 프로빙하면서 FT-ICR-SIMS 반응계에서 사용 이용 특성은 전하 환원, 중화 및 표면에 이중으로 하전 된 이온의 탈착 반응 속도에 대한 통찰력을 제공한다 전자 특성 및 고정화 이온의 반응성. 공동으로, 우리는 SIMS 및 IRRAS하여 현장 분석과 함께 대량 선택 이온의 소프트 랜딩이 잘 정의 된 종과 과학적 노력의 넓은 범위에 영향을 미칠 표면 사이의 상호 작용에 대한 통찰력을 제공하는 방법을 보여줍니다.