Immobilization of alkyl chain molecules with phosphonic acid on oxide surface

ホスホン酸を用いた酸化物表面へのアルキル鎖分子の固定化

成田 あゆみ; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 下山 巖   ; 平尾 法恵; 矢板 毅

Narita, Ayumi; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Shimoyama, Iwao; Hirao, Norie; Yaita, Tsuyoshi

有機分子薄膜を用いた電子材料,光学材料の基板には、絶縁性や透明性に優れた酸化物基板が多く用いられている。しかしながら、酸化物表面は化学的に不活性であり、しかも有機分子結晶と酸化物の格子定数は大きく異なるため、酸化物表面に有機分子を固定化し均一な薄膜を作成することは難しい。本研究は、リン酸基と酸化物の親和性が高いことに着目し、炭素数10個のアルキル鎖の末端にホスホン酸基をもつ分子(DPA)をサファイア基板表面に固定化することを試み、界面の化学結合状態を放射光内殻分光法により調べた。基板をDPAのエタノール溶液に浸すことにより作成した膜についてX線光電子分光スペクトル(XPS)を測定した結果、DPA分子はリン原子を下、アルキル鎖を上にして基板に吸着していることがわかった。またXPSとX線近吸収端微細構造(NEXAFS)スペクトルの結果から、室温で島状に吸着したDPAは、250度に加熱することにより、均一な単分子膜に変化することがわかった。以上のことから、ホスホン酸基は有機分子を酸化物表面に固定化するための優れたアンカーであることを明らかにした。

Immobilization of organic molecules on oxide surface has been investigated using phosphonic acid as an anchor. The molecule investigated was decyl-phosphonic acid (DPA). The DPA film was formed by immersing the sapphire substrate in DPA ethanol solution. The results for X-ray photoelectron spectra (XPS) showed that the alkyl chain of the DPA molecules is located at the upper side, while the phosphonic acid is the lower side on the surface. The XPS and near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) results indicated that the DPA film became homogeneous monolayer by heating at 250C. It is concluded that the phosphonic acid is an excellent anchor that immobilizes the organic molecules on an oxide surface.