[en] Dialkynylferrocenes exhibit attractive electronic and rotational features that make them ideal candidates for use in molecular electronic applications. However previous works have primarily focussed on single-molecule studies, with limited opportunities to translate these features into devices. In this report, we utilise a variety of techniques to examine both the geometric and electronic structure of a range of 1,1′-dialkynylferrocene molecules, as either single-molecules, or as self-assembled monolayers. Previous single molecule studies have shown that similar molecules can adopt an ‘open’ conformation. However, in this work, DFT calculations, STM-BJ experiments and AFM imaging reveal that these molecules prefer to occupy a ‘hairpin’ conformation, where both alkynes point towards the metal surface. Interestingly we find that only one of the terminal anchor groups binds to the surface, though both the presence and nature of the second alkyne affect the thermoelectric properties of these systems. First, the secondary alkyne acts to affect the position of the frontier molecular orbitals, leading to increases in the Seebeck coefficient. Secondly, theoretical calculations suggested that rotating the secondary alkyne away from the surface acts to modulate thermoelectric properties. This work represents the first of its kind to examine the assembly of dialkynylferrocenes, providing valuable information about both their structure and electronic properties, as well as unveiling new ways in which both of these properties can be controlled.
Disciplines :
Chemistry Physics
Author, co-author :
Wilkinson, LukeA. ✱
Bennett, TroyL.R. ✱
Grace, IainM. ✱
Hamill, Joseph ✱; Université de Liège - ULiège > Molecular Systems (MolSys)
Astruc D. Eur. J. Inorg. Chem. 2017 2017 6 29 10.1002/ejic.201600983
Eckermann A. L. Feld D. J. Shaw J. A. Meade T. J. Coord. Chem. Rev. 2010 254 1769 1802 10.1016/j.ccr.2009.12.023 20563297
Pal A. Bhatta S. R. Thakur A. Coord. Chem. Rev. 2021 431 213685 10.1016/j.ccr.2020.213685
Dinglasan J. A. M. Bailey M. Park J. B. Dhirani A. A. J. Am. Chem. Soc. 2004 126 6491 6497 10.1021/ja0394176 15149246
Vanmaekelbergh D. Houtepen A. J. Kelly J. J. Electrochim. Acta 2007 53 1140 1149 10.1016/j.electacta.2007.02.045
Namiki K. Sakamoto A. Murata M. Kume S. Nishihara H. Chem. Commun. 2007 4650 4652 10.1039/B713107K 17989821
Frasconi M. Mazzei F. Langmuir 2012 28 3322 3331 10.1021/la203985n 22225408
Xiao X. Brune D. He J. Lindsay S. Gorman C. B. Tao N. Chem. Phys. 2006 326 138 143 10.1016/j.chemphys.2006.02.022
Li Q. Mathur G. Homsi M. Surthi S. Misra V. Malinovskii V. Schweikart K. H. Yu L. Lindsey J. S. Liu Z. Dabke R. B. Yasseri A. Bocian D. F. Kuhr W. G. Appl. Phys. Lett. 2002 81 1494 1496 10.1063/1.1500781
Pro T. Buckley J. Huang K. Calborean A. Gély M. Delapierre G. Ghibaudo G. Duclairoir F. Marchon J. C. Jalaguier E. Maldivi P. De Salvo B. Deleonibus S. IEEE Trans. Nanotechnol. 2009 8 204 213
Roth K. M. Yasseri A. A. Liu Z. Dabke R. B. Malinovskii V. Schweikart K. H. Yu L. Tiznado H. Zaera F. Lindsey J. S. Kuhr W. G. Bocian D. F. J. Am. Chem. Soc. 2003 125 505 517 10.1021/ja021169a 12517164
Roth K. M. Gryko D. T. Clausen C. Li J. Lindsey J. S. Kuhr W. G. Bocian D. F. J. Phys. Chem. B 2002 106 8639 8648 10.1021/jp025850a
Li Q. Mathur G. Gowda S. Surthi S. Zhao Q. Yu L. Lindsey J. S. Bocian D. F. Misrai V. Adv. Mater. 2004 16 133 137 10.1002/adma.200305680
Li Y. Zhu X. Li Y. Zhang M. Ma C. Li H. Lu J. Zhang Q. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019 11 40332 40338 10.1021/acsami.9b13401 31610648
Alleman K. S. Weber K. Creager S. E. J. Phys. Chem. 1996 100 17050 17058 10.1021/jp962193b
Azzaroni O. Mir M. Álvarez M. Tiefenauer L. Knoll W. Langmuir 2008 24 2878 2883 10.1021/la703536a 18237222
Shumate W. J. Mattern D. L. Jaiswal A. Dixon D. A. White T. R. Burgess J. Honciuc A. Metzger R. M. J. Phys. Chem. B 2006 110 11146 11159 10.1021/jp0575512 16771377
Kitagawa K. Morita T. Kimura S. J. Phys. Chem. B 2005 109 13906 13911 10.1021/jp050642e 16852745
Yuan L. Nerngchamnong N. Cao L. Hamoudi H. Del Barco E. Roemer M. Sriramula R. K. Thompson D. Nijhuis C. A. Nat. Commun. 2015 6 6324 10.1038/ncomms7324 25727708
Aoki H. Tao H. Analyst 2007 132 784 791 10.1039/B704214K 17646878
Adjémian J. Anne A. Cauet G. Demaille C. Langmuir 2010 26 10347 10356 10.1021/la100397g 20329721
Yoon H. C. Kim H. S. Biotechnol. Bioprocess Eng. 2004 9 107 111 10.1007/BF02932992
Beer P. D. Davis J. J. Drillsma-Milgrom D. A. Szemes F. Chem. Commun. 2002 2 1716 1717 10.1039/B205340N 12196964
Cormode D. P. Evans A. J. Davis J. J. Beer P. D. Dalton Trans. 2010 39 6532 6541 10.1039/C0DT00217H 20552121
Corry A. J. Goel A. Kenny P. T. M. Inorg. Chim. Acta 2012 384 293 301 10.1016/j.ica.2011.12.021
Lu Q. Yao C. Wang X. Wang F. J. Phys. Chem. C 2012 116 17853 17861 10.1021/jp2119923
Sun Y. Y. Peng Z. L. Hou R. Liang J. H. Zheng J. F. Zhou X. Y. Zhou X. S. Jin S. Niu Z. J. Mao B. W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014 16 2260 2267 10.1039/C3CP53269K 24382483
Getty S. A. Engtrakul C. Wang L. Liu R. Ke S. H. Baranger H. U. Yang W. Fuhrer M. S. Sita L. R. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005 71 241401 10.1103/PhysRevB.71.241401
Higgins S. J. Nichols R. J. Polyhedron 2018 140 25 34 10.1016/j.poly.2017.10.022
Camarasa-Gómez M. Hernangómez-Pérez D. Inkpen M. S. Lovat G. Fung E. D. Roy X. Venkataraman L. Evers F. Nano Lett. 2020 20 6381 6386 10.1021/acs.nanolett.0c01956 32787164
Pei L. Q. Horsley J. R. Seng J. W. Liu X. Yeoh Y. Q. Yu M. X. Wu X. H. Abell A. D. Zheng J. F. Zhou X. S. Yu J. Jin S. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021 13 57646 57653 10.1021/acsami.1c12151 34797047
O'Driscoll L. J. Bryce M. R. Nanoscale 2021 13 10668 10711 10.1039/D1NR02023D 34110337
Love J. C. Estroff L. A. Kriebel J. K. Nuzzo R. G. Whitesides G. M. Chem. Rev. 2005 104 1103 1170 10.1021/cr0300789 15826011
Liu Y. Qiu X. Soni S. Chiechi R. C. Chem. Phys. Rev. 2021 2 021303 10.1063/5.0050667
Moneo A. González-Orive A. Bock S. Fenero M. Herrer I. L. Milan D. C. Lorensoni M. Nichols R. J. Cea P. Perez-Murano F. Low P. J. Martin S. Nanoscale 2018 10 14128 14138 10.1039/C8NR02347F 29999063
Fabre B. Pujari S. P. Scheres L. Zuilhof H. Langmuir 2014 30 7235 7243 10.1021/la501330j 24885588
Creager S. Yu C. J. Bamdad C. O'Connor S. MacLean T. Lam E. Chong Y. Olsen G. T. Luo J. Gozin M. Kayyem J. F. J. Am. Chem. Soc. 1999 121 1059 1064 10.1021/ja983204c
Taherinia D. Langmuir 2020 36 12572 12579 10.1021/acs.langmuir.0c02105 32936644
Kitagawa T. Matsubara H. Komatsu K. Hirai K. Okazaki T. Hase T. Langmuir 2013 29 4275 4282 10.1021/la305092g 23470152
Bennett T. L. R. Wilkinson L. A. Lok J. M. A. O'Toole R. C. P. Long N. J. Organometallics 2021 40 1156 1162 10.1021/acs.organomet.1c00098
Xu B. Tao N. J. Science 2003 28 790 792
Xiao X. Xu B. Tao N. J. Nano Lett. 2004 4 267 271 10.1021/nl035000m
Huang C. Rudnev A. V. Hong W. Wandlowski T. Chem. Soc. Rev. 2015 44 889 901 10.1039/C4CS00242C 25560965
Lindner E. Zong R. Eichele K. Ströbele M. J. Organomet. Chem. 2002 660 78 84 10.1016/S0022-328X(02)01774-6
Lindner E. Zong R. Eichele K. Phosphorus, Sulfur Silicon Relat. Elem. 2001 168-169 219 222 10.1080/10426500108546628
Lindner E. Zong R. Eichele K. Weisser U. Ströbele M. Eur. J. Inorg. Chem. 2003 2003 705 712 10.1002/ejic.200390097
Stefani D. Perrin M. Gutiérrez-Cerón C. Aragonès A. C. Labra-Muñoz J. Carrasco R. D. C. Matsushita Y. Futera Z. Labuta J. Ngo T. H. Ariga K. Díez-Pérez I. van der Zant H. S. J. Dulić D. Hill J. P. ChemistrySelect 2018 3 6473 6478 10.1002/slct.201801076
Chen Y. Huang M. Zhou Q. Li Z. Meng J. Pan M. Ye X. Liu T. Chang S. Xiao S. Nano Lett. 2021 21 10333 10340 10.1021/acs.nanolett.1c03565 34874740
Díez-Pérez I. Hihath J. Hines T. Wang Z. S. Zhou G. Müllen K. Tao N. Nat. Nanotechnol. 2011 6 226 231 10.1038/nnano.2011.20 21336268
Koszarna B. Butenschön H. Gryko D. T. Org. Biomol. Chem. 2005 3 2640 2645 10.1039/B505366H 15999199
Rospigliosi A. Ehlich R. Hoerber H. Middelberg A. Moggridge G. Langmuir 2007 23 8264 8271 10.1021/la063704g 17590024
Yakuphanoglu F. Okur S. Özgener H. Microelectron. Eng. 2009 86 2358 2363 10.1016/j.mee.2009.04.018
Silien C. Buck M. Goretzki G. Lahaye D. Champness N. R. Weidner T. Zharnikov M. Langmuir 2009 25 959 967 10.1021/la802966s 19138159
Ramírez E. A. Cortés E. Rubert A. A. Carro P. Benítez G. Vela M. E. Salvarezza R. C. Langmuir 2012 28 6839 6847 10.1021/la204951u 22497438
Liu J. Schüpach B. Bashir A. Shekhah O. Nefedov A. Kind M. Terfort A. Wöll C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12 4273 4274 10.1039/C004746P 20407694
Wächter T. Weinhardt L. Terfort A. Zharnikov M. J. Phys. Chem. C 2018 122 12534 12544 10.1021/acs.jpcc.8b02995
Isvoranu C. Wang B. Ataman E. Schulte K. Knudsen J. Andersen J. N. Bocquet M. L. Schnadt J. J. Phys. Chem. C 2011 115 20201 20208 10.1021/jp204460g
Zubavichus Y. Zharnikov M. Yang Y. Fuchs O. Umbach E. Heske C. Ulman A. Grunze M. Langmuir 2004 20 11022 11029 10.1021/la047980b 15568854
Su T. A. Neupane M. Steigerwald M. L. Venkataraman L. Nuckolls C. Nat. Rev. Mater. 2016 1 16002 10.1038/natrevmats.2016.2
Ismael A. Wang X. Bennett T. L. R. Wilkinson L. A. Robinson B. J. Long N. J. Cohen L. F. Lambert C. J. Chem. Sci. 2020 11 6836 6841 10.1039/D0SC02193H 33033599
Kim T. Darancet P. Widawsky J. R. Kotiuga M. Quek S. Y. Neaton J. B. Venkataraman L. Nano Lett. 2014 14 794 798 10.1021/nl404143v 24446585
Widawsky J. R. Darancet P. Neaton J. B. Venkataraman L. Nano Lett. 2012 12 354 358 10.1021/nl203634m 22128800
Cui L. Miao R. Jiang C. Meyhofer E. Reddy P. J. Chem. Phys. 2017 146 092201 10.1063/1.4976982
Dell E. J. Capozzi B. Xia J. Venkataraman L. Campos L. M. Nat. Chem. 2015 7 209 214 10.1038/nchem.2160 25698329
Wang X. Bennett T. L. R. Ismael A. Wilkinson L. A. Hamill J. White A. J. P. Grace I. M. Kolosov O. V. Albrecht T. Robinson B. J. Long N. J. Cohen L. F. Lambert C. J. J. Am. Chem. Soc. 2020 142 8555 8560 10.1021/jacs.9b13578 32343894
Artacho E. Anglada E. Diéguez O. Gale J. D. García A. Junquera J. Martin R. M. Ordejón P. Pruneda J. M. Sánchez-Portal D. Soler J. M. J. Phys.: Condens. Matter 2008 20 064208 10.1088/0953-8984/20/6/064208 21693870
Ferrer J. Lambert C. J. García-Suárez V. M. Manrique D. Z. Visontai D. Oroszlany L. Rodríguez-Ferradás R. Grace I. Bailey S. W. D. Gillemot K. Sadeghi H. Algharagholy L. A. New J. Phys. 2014 16 93029 10.1088/1367-2630/16/9/093029
Yuan Y. Yan J. F. Lin D. Q. Mao B. W. Yuan Y. F. Chem.-Eur. J. 2018 24 3545 3555 10.1002/chem.201705176 29236345
Kanthasamy K. Ring M. Nettelroth D. Tegenkamp C. Butenschön H. Pauly F. Pfnür H. Small 2016 12 4849 4856 10.1002/smll.201601051 27432721