High-resolution scanning tunneling microscopy data on the reconstructed Au(111) surface are presented that give a comprehensive picture of the atomic structure, the long-range ordering, and the interaction between reconstruction and surface defects in the reconstructed surface. On the basis of the atomically resolved structure, the stacking-fault-domain model involving periodic transitions from fcc to hcp stacking of top-layer atoms is confirmed. The practically uniform contraction in the surface layer along [11\ifmmode\bar\else\textasciimacron\fi{}0] indicates that the previously proposed soliton functionalisms are not correct descriptions for the fcc\ensuremath{\rightarrow}hcp stacking transition. The lateral displacement of \ensuremath{\sim}0.9 \AA{} in the ${(}_{\mathrm{\ensuremath{-}}1}^{22}$ $_{2}^{0}$) unit cell along [112\ifmmode\bar\else\textasciimacron\fi{}] is in good agreement with the transition between fcc and hcp stacking. The vertical displacement in the transition regions (0.20\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.05 \AA{}) is largely independent of the tunneling parameters, while the atomic corrugation (0.2 \AA{} typically, up to 1 \AA{}) depends strongly on tunneling parameters and tip conditions.The two different stacking regions within the unit cell are directly identified from the domain pattern at step edges; fcc stacking is deduced for the wider areas and thus is energetically more favorable. A new long-range superstructure is reported. It is created by a correlated periodic bending of the parallel corrugation lines by \ifmmode\pm\else\textpm\fi{}120\ifmmode^\circ\else\textdegree\fi{} every 250 \AA{}, i.e., rotational domains are arranged in a zigzag pattern. Interactions on this scale indicate long-range elastic lattice strain. This structure reflects the overall tendency to isotropic contraction, combining the locally favorable uniaxial contraction and an effective isotropic contraction on a larger scale. Boundaries of rotational domains can also be formed by a termination of the reconstruction lines. Individual corrugation lines, separating different stacking regions, cannot disappear. The termination occurs in well-ordered, U-shaped connections of neighbored lines or by a complicated pattern of entangled corrugation lines. Steps and bulk defects do not inhibit the reconstruction, but can affect the local reconstruction pattern. In most cases steps are crossed by the reconstruction lines, and the strict correlation of the reconstruction pattern on the terraces, both in phase and orientation, reflects interaction over the step edge. Sometimes the reconstruction pattern at the steps resembles those found at rotational domain boundaries.

Abstract Nanographenes, namely polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) with nanoscale dimensions (>1 nm), are atomically precise cutouts from graphene. They represent prime models to enhance the scope of chemical and physical properties of graphene through structural modulation and functionalization. Defined nitrogen doping in nanographenes is particularly attractive due to its potential for increasing the number of π-electrons, with the possibility of introducing localized antiaromatic ring elements. Herein we present azomethine ylide homocoupling as a strategy to afford internally nitrogen-doped, non-planar PAH in solution and planar nanographene on surfaces, with central pyrazine rings. Localized antiaromaticity of the central ring is indicated by optical absorption spectroscopy in conjunction with theoretical calculations. Our strategy opens up methods for chemically tailoring graphene and nanographenes, modified by antiaromatic dopants.

Theoretical aspects and evolution of surface diffusion studies are discussed with an emphasis on non-metallic adsorbates at metal surfaces. A survey of the existing literature is presented with the main experimental results tabulated. (The tables and their updates are available online at http://ipent.epfl.ch/gr_kern/jv_barth/SD_tables.html) Conception, theoretical and experimental work on transient mobility in the adsorption of gases on metal surfaces are summarized.

The covalent linking of acetylenes presents an important route for the fabrication of novel carbon-based scaffolds and two-dimensional materials distinct from graphene. To date few attempts have been reported to implement this strategy at well-defined interfaces or monolayer templates. Here we demonstrate through real space direct visualization and manipulation in combination with X-ray photoelectron spectroscopy and density functional theory calculations the Ag surface-mediated terminal alkyne Csp−H bond activation and concomitant homo-coupling in a process formally reminiscent of the classical Glaser–Hay type reaction. The alkyne homo-coupling takes place on the Ag(111) noble metal surface in ultrahigh vacuum under soft conditions in the absence of conventionally used transition metal catalysts and with volatile H2 as the only by-product. With the employed multitopic ethynyl species, we demonstrate a hierarchic reaction pathway that affords discrete compounds or polymeric networks featuring a conjugated backbone. This presents a new approach towards on-surface covalent chemistry and the realization of two-dimensional carbon-rich or all-carbon polymers. Acetylenes can be covalently linked by oxidative coupling reactions. Zhanget al. report terminal alkyne Csp-H bond activation and concomitant homo-coupling on a silver surface, yielding polymeric networks with a conjugated backbone.

We present a systematic study of metal−organic honeycomb lattices assembled from simple ditopic molecular bricks and Co atoms on Ag(111). This approach enables us to fabricate size- and shape-controlled open nanomeshes with pore dimensions up to 5.7 nm. The networks are thermally robust while extending over μm2 large areas as single domains. They are shape resistant in the presence of further deposited materials and represent templates to organize guest species and realize molecular rotary systems.