Controlled on-surface synthesis of hydrogen-substituted gamma-Graphdiyne

Graphdiyne (GDY) is an attractive two-dimensional carbon allotrope, characterized by unique sp and sp2 hybridization. Owing to its intriguing geometrical and electronic properties, it has attracted significant interest for potential applications in nanotechnology and materials science. However, the atomically precise synthesis of single-layer films remains a major challenge. In this thesis, an innovative strategy is presented for the fabrication of single-layered hydrogen-substituted γ-graphdiyne on Au(111), achieved by the co-deposition of TEB molecules together with additional Br on the metal surface. Surface characterization techniques, including X-ray Photoelectron Spectroscopy, Scanning Tunneling Microscopy, and Low Energy Electron Diffraction, were employed to determine the geometric configuration of the resulting network and elucidate the demetallation process through which hydrogen-substituted graphdiyne can form. The obtained results are critically compared with the existing literature, providing new insights into the controlled synthesis of graphdiyne-based materials.

Graphdiyne (GDY) è una promettente forma allotropica bidimensionale del carbonio, che presenta una combinazione unica di legami sp e sp2. Grazie alle sue peculiari proprietà geometriche ed elettroniche, ha suscitato un notevole interesse per le potenziali applicazioni in campo nanotecnologico e della scienza dei materiali. Tuttavia, la sintesi controllata a livello atomico di film monostrato rimane una sfida significativa. In questa tesi viene presentata una strategia innovativa per la fabbricazione di un monostrato di γ-graphdiyne idrogeno-sostituita su Au(111), ottenuta mediante la co-deposizione di molecole TEB e di bromo aggiuntivo sulla superficie di oro. Le tecniche di caratterizzazione superficiale, tra cui la spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS), la microscopia a effetto tunnel (STM) e la diffrazione di elettroni a bassa energia (LEED), sono state utilizzate per determinare la configurazione geometrica del reticolo ottenuto e per chiarire il processo di demetallazione attraverso il quale si forma il reticolo di graphdiyne idrogeno-sostituita. I risultati ottenuti sono stati confrontati con precedenti pubblicazioni scientifiche, fornendo nuove prospettive per la sintesi controllata di materiali basati sul reticolo di graphdiyne idrogeno-sostituita.