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Aza-Triangulene: On-Surface Synthesis and Electronic and Magnetic Properties

化学 开壳 扫描隧道显微镜 密度泛函理论 分子 原子轨道 扫描隧道光谱 基质(水族馆) 结晶学 光化学 计算化学 纳米技术 电子 有机化学 地质学 物理 海洋学 材料科学 量子力学
作者
Tao Wang,Alejandro Berdonces‐Layunta,Niklas Friedrich,Manuel Vilas‐Varela,Jan Patrick Calupitan,José Ignacio Pascual,Diego Peña,David Casanova,Martina Corso,Dimas G. de Oteyza
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (10): 4522-4529 被引量:126
标识
DOI:10.1021/jacs.1c12618
摘要

Nitrogen heteroatom doping into a triangulene molecule allows tuning its magnetic state. However, the synthesis of the nitrogen-doped triangulene (aza-triangulene) has been challenging. Herein, we report the successful synthesis of aza-triangulene on the Au(111) and Ag(111) surfaces, along with their characterizations by scanning tunneling microscopy and spectroscopy in combination with density functional theory (DFT) calculations. Aza-triangulenes were obtained by reducing ketone-substituted precursors. Exposure to atomic hydrogen followed by thermal annealing and, when necessary, manipulations with the scanning probe afforded the target product. We demonstrate that on Au(111), aza-triangulene donates an electron to the substrate and exhibits an open-shell triplet ground state. This is derived from the different Kondo resonances of the final aza-triangulene product and a series of intermediates on Au(111). Experimentally mapped molecular orbitals match with DFT-calculated counterparts for a positively charged aza-triangulene. In contrast, aza-triangulene on Ag(111) receives an extra electron from the substrate and displays a closed-shell character. Our study reveals the electronic properties of aza-triangulene on different metal surfaces and offers an approach for the fabrication of new hydrocarbon structures, including reactive open-shell molecules.
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