JACS：合肥光源用户在金属表面低维分子可控合成研究中取得新进展

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JACS：合肥光源用户在金属表面低维分子可控合成研究中取得新进展

来源：中国科学技术大学国家同步辐射实验室 2022-11-23

导读：近日，合肥光源催化与表面科学线站（BL11U）高端用户迟力峰院士课题组与国家同步辐射实验室朱俊发教授、陕西师范大学李青教授以及瑞典林雪平大学Jonas Björk教授合作，系统研究了同时含有氧和硫的BPDSC分子（4,4'-联苯二磺酰氯）在金银单晶表面的在化学特性，揭示了分子在表面具体吸附构型对相关反应的影响及其机制。

通过研究有机分子在金属表面的吸附与反应特性来实现低维功能分子结构的可控制备具有十分重要的意义。金属衬底在表面反应过程中可以充当催化剂，从而有效降低相关反应的反应势垒。虽然人们早就意识到分子在金属表面的具体吸附构型对反应路径和反应势垒起着关键的作用，然而由于很难在单分子尺度对分子吸附构型进行调控，因此几乎没有具体实验尝试研究分子在金属表面的具体吸附构型对相关反应影响的机制。

近日，合肥光源催化与表面科学线站（BL11U）高端用户迟力峰院士课题组与国家同步辐射实验室朱俊发教授、陕西师范大学李青教授以及瑞典林雪平大学Jonas Björk教授合作，系统研究了同时含有氧和硫的BPDSC分子（4,4'-联苯二磺酰氯）在金银单晶表面的在化学特性，揭示了分子在表面具体吸附构型对相关反应的影响及其机制。为了确定BPDSC分子在退火过程中所发生的系列结构变化及脱磺酰基化学反应，该团队借助合肥光源催化与表面科学线站的同步辐射光电子能谱（SRPES）技术，利用同步辐射光源高强度、能量连续可调且单色性好的优势，获得了高分辨率的SRPES谱图，准确洞察了BPDSC分子在退火过程中所发生的系列结构变化及脱磺酰基化学反应。如图1所示，为BPDSC在Au(111)上的Cl 2p（图1a）和O 1s （图1b）随退火温度的变化情况，证实BPDSC分子在室温的Au(111)表面发生部分脱氯的反应，脱氯的BPDSC分子和完整的BPDSC分子共存，直至373 K，分子完全脱氯。同时，Au(111)表面的S 2p谱图（图1c）揭示了BPDSC分子先发生脱氯，后脱磺酰基的反应过程，期间形成中间体(苯-SO2-苯)以及副产物SO2。与此同时，BPDSC分子在Ag(111)表面上亦进行了Cl 2p，O 1s和S 2p谱图的测试（图2），谱图的结果全面的揭示了BPDSC分子在Ag(111)表面上的化学行为。上述谱图的信息皆证实了超高真空扫描隧道显微镜所观测到的结果。该项研究不仅报道了一种新型的表面化学反应，而且阐明了针对特殊的反应体系，其反应势垒不仅取决于衬底的化学活性，还取决于前驱体分子的特定吸附构型。

图1. (a)、(b)、(c) BPDSC在Au(111)上的Cl 2p，O 1s和S 2p谱

图2. (a)、(b)、(c) BPDSC在Ag(111)上的Cl 2p，O 1s和S 2p谱

该工作在国际著名学术期刊《Journal of the American Chemical Society》上以“Influence of Molecular Configurations on the Desulfonylation Reactions on Metal Surfaces”为题发表(https://doi.org/10.1021/jacs.2c08736)。该成果得到了合肥光源（NSRL）宝贵机时的支持，也受到了国家重大基础研究发展计划，国家自然科学基金，中央高校科研经费等基金资助。

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