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石墨烯表面金属的生长形貌与性质

2015-11-11 量子科学中心 点击:[]

最近中心刘晓洁副教授,与美国能源部Ames实验室、德国Ulm大学表面化学与催化研究所、北京计算科学研究中心、南方科大物理系等国内外合作者合作,以SiC,SiO2和金属为支撑的石墨烯衬底表面金属纳米材料为例,综述了实验与理论计算研究不同类型石墨烯表面金属纳米材料的相互作用,生长形貌以及热力学稳定性(Progress in Surface Science 90 (2015) 397–443)。

计算和实验研究发现金属纳米结构在石墨烯表面的生长形貌与金属原子在石墨烯表面的吸附强弱以及扩散快慢有很大的关联,发现金属吸附原子在石墨烯表面的生长形貌与金属在石墨烯表面的扩散能垒(DE) 以及金属吸附原子的吸附能与内聚能的比值(Ea/Ec)有关。同时,金属吸附原子在石墨烯表面的生长形貌还与一些长程的相互作用有关,如偶极-偶极相互作用以及金属吸附原子的吸附致使石墨烯产生形变的相互作用。另外,还发现大部分的金属纳米结构在石墨烯表面具有很好的热力学稳定性。这种热力学稳定性很好的金属纳米材料可以用来做表面催化剂。

实验和理论研究发现金属在石墨烯表面和石墨表面的形核和生长形貌完全不同。实验表明形核的金属纳米结构的密度随着石墨烯层数的减少单调递减。这种依赖关系与带电的金属纳米结构之间的排斥作用减小有很大关系。通过控制石墨烯厚度可以提供一种操控金属形核以及生长形貌来满足各种应用的需求。

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