DFT modelling of PAH adsorption on Au(111) and STM characterization of the pristine surface

This thesis investigates the adsorption of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) on the Au(111) surface through a combined theoretical and experimental approach. Density Functional Theory (DFT) calculations using Crystal17 were employed to analyze adsorption energies, electronic properties, and simulate Scanning Tunneling Microscopy (STM) signals, with a focus on the role of molecule-surface interactions. Experimentally, STM and Electrochemical STM (EC-STM) using a Keysight 5500 setup were performed to characterize Au(111) before and after flame annealing. EC-STM imaging confirmed clean wide terraces post-treatment and revealed the Herringbone reconstruction, which evolved and disappeared with increasing potential. Cyclic voltammetry (CV) in HClO4 0.1 M further correlated electrochemical behavior with surface transformations. These findings enhance the understanding of PAH adsorption, surface reconstructions, and electrochemical effects, providing a foundation for future studies on DFT modeling of reconstructed surfaces, EC-STM imaging of adsorbed molecules, and applications to other molecular systems.

Questa tesi studia l’adsorbimento degli idrocarburi policiclici aromatici (PAHs) sulla superficie Au(111) attraverso un approccio combinato teorico ed esperimentale. I calcoli basati sulla Teoria del Funzionale della Densità (DFT), eseguiti con il software Crystal17, sono stati impiegati per analizzare le energie di adsorbimento, le proprietà elettroniche e simulare i segnali della Microscopia a Effetto Tunnel (STM), con particolare attenzione all’interazione molecola-superficie. Sperimentalmente, sono state effettuate misure di STM e STM Elettrochimico (EC-STM) utilizzando un sistema Keysight 5500 per caratterizzare la superficie Au(111) prima e dopo la pulizia termica. Le immagini EC-STM hanno confermato la presenza di ampie terrazze pulite dopo il trattamento e hanno rivelato la ricostruzione Herringbone (a spina di pesce), che evolve e scompare all’aumentare del potenziale applicato. Inoltre, le misure di voltammetria ciclica (CV) in HClO4 0.1 M hanno permesso di correlare il comportamento elettrochimico con le trasformazioni strutturali della superficie. Questi risultati contribuiscono alla comprensione dell’adsorbimento dei PAHs, delle ricostruzioni superficiali e degli effetti elettrochimici, fornendo una base per futuri studi sulla modellizzazione DFT delle superfici ricostruite, l’imaging EC-STM di molecole adsorbite e l’applicazione del metodo ad altri sistemi molecolari.