Методом масс-спектрометрии отрицательных ионов диссоциативного захвата электронов исследованы молекулы дифенилфталида и 3,3-дифенилфталид-4 ′ ,4 ′ -дикарбоновой кислоты. Измерены средние времена жизни молекулярных отрицательных ионов относительно выброса электрона. Величина сродства к электрону оценена в приближении Аррениуса и рассчитана методом DFT B3LYP/6-31G+(d). DOI: 10.21883/JTF.2018.07.46183.2487 Введение Производные фталида являются мономерами для син-теза полиариленфталидов [1], тонкие пленки которых проявляют эффект зарядовой неустойчивости, что при-водит к уменьшению их удельного сопротивления на несколько порядков величины [2]. Это весьма многообе-щающее явление с точки зрения создания молекулярных электрических переключателей и элементов энергонеза-висимой памяти. На сегодняшний день считается, что переход полимерной пленки в высокопроводящее состо-яние связан с тенденцией мономерного соединения к раскрытию пятичленного цикла [3], представленного на рис. 1. Здесь же приведена нумерация атомов в молекуле фталида.Вполне очевидно, что подобный разрыв связи более вероятен в газовой фазе и в присутствии избыточного заряда, что в случае отдельной молекулы соответствует молекулярному аниону [4]. Позднее это было подтвер-ждено в работе [5], в которой методами спектроскопии проходящих электронов (СПЭ) и масс-спектрометрии отрицательных ионов диссоциативного захвата электро-нов (МСОИ ДЗЭ) была исследована молекула фтали-да. Было установлено, что образование долгоживущих молекулярных отрицательных ионов (ОИ) происходит с разрывом связи C 7 −O 8 через переходное состояние, лежащее в области энергии 0.65 eV (pис. 2). Максимум интенсивности ионов M − , где M -молекула фталида, приходится на 0.75 eV. Время жизни ионов по отноше-нию к автоотщеплению электрона при этой энергии и температуре камеры ионизации 80• C равно ∼ 100 µs. Сродство к электрону (EA a ) молекулы фталида с цик-лической структурой пятичленного гетероцикла равно по данным расчета DFT B3LYP/6-31G+(d) 0.17 eV [5]. При раскрытии цикла энергия аниона фталида понижа-ется на 0.32 eV. Поскольку раскрытие протекает путем преодоления потенциального барьера высотой 0.65 eV, " эффективное сродство" открытой структуры оказыва-ется равным 1.14 eV [5]. В работе [5] было показано, что наблюдаемое время жизни ионов M −· фталида, равное ∼ 100 µs (считается, что погрешность измерения этой величины лежит в пределах 10−15%), хорошо воспроизводится в рамках простой аррениусовской мо-дели [6]:где τ 0 -характерное время движения иона по ко-ординате реакции; N -число внутренних степеней свободы; EA a -адиабатическое сродство к электрону; k -постоянная Больцмана; T -эффективная темпе-ратура молекулы-мишени; ε -энергия захваченного электрона. Величина τ 0 является параметром теории и варьирует от 10 −13 s для производных нафтохинона [6] до 5 · 10 −13 s для производных нитробензола [7]. Расчет по формуле (1) при τ 0 = 5 · 10 −13 s и T = 80 • C дает оценку τ a = 89 µs (экспериментально измеренная вели-чина составляет 100 µs) [5]. Практическое отсутствие сигнала M −· при тепло...

The results on comparing the peak structure of the density of unoccupied electronic states (DOUS) of ultrathin films of naphthalene anhydride-1,4,5,8-teracabonic acid (NTCDA) and naphthalene-1,8-dicarboxylic acid anhydride (NDCA) and of two types of phthalide-based films: 3,3-bis (phenyl) phthalide (DPP) and 3,3-bis (phenyl) phthalide-4 ′, 4′-dicarboxylic acid (DPP-DCA) are presented. The measurements of the structure of the unoccupied electronic states in the energy range from 5 eV to 20 eV above the Fermi level of the films studied having thickness of 8–10 nm were conducted using the total current spectroscopy (TCS) technique. Analysis of the experimental results was conducted using the model total current spectra and DOUS dependences generated using the calculated orbital energies of the studied molecules by means of the density functional theory (DFT) method at the B3LYP/6-31G(d) level. The difference in the DOUS spectra of NTCDA and NDCA films is characterized by the shift of the main DOUS maxima of the NTCDA film to lower energies by about 1 eV at energies less than 12.5 eV, and at higher energies the DOUS maxima are shifted by 1.5-2 eV. The energy positions of the maxima of the total current spectra of the DPP-DCA and DPP films practically do not change when using various substrates: highly ordered pyrolytic graphite (HOPG) and layer-by-layer deposited CdS. The relative intensities of the maxima differ when using different substrates. The characteristic shift of the maxima of the total current spectra of DPP-DCA films is about 1 eV at energies less than 12.5 eV above the Fermi level and 1.5-2 eV and at higher energies, compared with the position of the corresponding maxima of the DPP films.

The results of a study of the unoccupied electronic states of ultrathin films of bis-carboxyphenyl-phthalide (DCA-DPP) and bis-methylphenyl-phthalide (DM-DPP) up to 8 nm thick are presented. The studies were carried out by total current spectroscopy (TCS) technique in the energy range from 5 eV to 20 eV above EF during thermal vacuum deposition of these organic films on the surface of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG). The energy Evac relative to EF, that is, the electronic work function of the DM-DPP films, at a film thickness of 5–8 nm was 4.3 ± 0.1 eV. The electronic work function of the DCA-DPP films was 3.7 ± 0.1 eV. The structure of the maxima of the unoccupied electronic states of DCA-DPP films and DM-DPP films in the studied energy range is determined. The properties determined of DCA-DPP and DM-DPP films are compared with the properties of films of unsubstituted diphenylphthalide (DPP). According to our analysis, –CH3 substitution of the DPP molecule practically did not affect the height of the potential barrier between the film and the HOPG surface, and –COOH substitution of the DPP molecule led to an increase in the height of the potential barrier between the film and the HOPG substrate surface by 0.5–0.6 eV. Substitution of DPP molecules with –COOH functional groups which represents formation of DCA-DPP molecules led to a shift of two peaks of the experimental total current spectra located at energies in the range from 5 eV to 8 eV above EF, by about 1 eV towards lower electron energies.

The results of diagnostics of the atomic composition of a diphenylphthalide (DPP) film thermally precipitated in vacuum by the of X-ray photoelectric spectroscopy (XPS) method are presented. The results of examination of the unoccupied electronic states of the ultrathin DPP films with the thickness up to 10 nm on the surface of the highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) by the total current spectroscopy (TCS) method in the energy range from 5 to 20 eV above E _F are presented. In this range, the main maxima in the total current spectra are identified. The analysis of the TCS results with consideration of the theoretical calculation results has shown that the low-energy maxima observed at the energies from 6 to 7.5 eV are induced predominately by π* electron orbitals of DPP films. The values of the energy E _vac in relation to E _F, i.e., of the electron work function in the DPP films at the film thickness of 5–10 nm, are found experimentally at a level of 4.3 ± 0.1 eV. The negative charge transfer from an organic film to the substrate corresponds to the formation of the HOPG/DPP boundary potential barrier during the thermal deposition of the DPP film.