单原子分散的Au/Cu(111)表面合金的表面结构与吸附性质

Au-Cu双金属合金纳米颗粒对包括CO氧化和CO2还原等在内的多个反应有较好的催化活性,然而关于其表面性质的研究却相当匮乏。在此工作中,我们通过对低覆盖度的Au/Cu(111)和Cu/Au(111)双金属薄膜退火,制备出了单原子级分散的Au/Cu(111)和Cu/Au(111)合金化表面,并利用高分辨扫描隧道显微镜(STM)和扫描隧道谱(STS)进一步研究了掺杂原子的电子性质及其对CO吸附行为的影响。研究发现,分散在Cu(111)表面的表层和次表层Au单原子在STM上表现出不同衬度。在-0.5 e V附近,前者表现出相较于Cu(111)明显增强的电子态密度,而后者则明显减弱。吸附实验表明表层Au单原子对CO的吸附能力并没有得到增强,甚至会减弱其周围Cu原子的吸附能力。与Au在Cu(111)表面较好的分散相反,Cu原子倾向于钻入Au(111)的次表层,并且形成多原子聚集体。且Cu原子受Au(111)衬底吸电子作用的影响,其对CO的吸附能力明显减弱。这个研究结果揭示了合金表面的微观结构与性质的关联,为进一步阐明Au-Cu双金属催化剂的表面反应机理提供参考。     

离子液体中Au(111)和Pt(111)表面Ge欠电位沉积的现场STM研究

本文研究BMIPF₆离子液体中Au(111)和Pt(111)表面Ge的电沉积行为. 循环伏安法测试结果表明,在含0.1 mol·L^-1 GeCl₄的BMIPF₆溶液Au(111)和Pt(111)表面均有两个与Ge沉积过程相关的还原峰. 第一个还原峰包含了Ge⁴⁺还原成Ge²⁺及Ge的欠电位沉积,第二个还原峰对应Ge的本体沉积. 现场扫描隧道显微镜研究结果表明,Ge在Au(111)和Pt(111)表面均有两层欠电位沉积. 第一层欠电位沉积厚度约为0.25 nm、形貌平整、带有缝隙的亚单层结构. 第二层欠电位沉积形貌相对粗糙的点状团簇结构. 该欠电位沉积过程伴随表面合金化.     

窄带隙Ⅳ-Ⅵ族半导体PbTe(111)的表面氧化及氧的热脱附机理

利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描隧道显微镜(STM)以及低能电子衍射(LEED),对PbTe(111)薄膜的表面氧化及氧的热脱附机理进行了研究.结果表明:PbTe(111)薄膜经500 V Ar+轰击加上250℃高温退火循环处理,可得到呈(1×1)周期性排列的清洁表面.将此清洁表面暴露于大气两天后,表面被氧化形成了PbO2、PbO和TeO2,氧化层的厚度大于2个单原子层(ML),与清洁PbTe(111)表面相比,被氧化的PbTe(111)表面的Te 3d5/2与Pb 4f7/2芯态谱峰的面积比明显减小,表明被氧化的PbTe(111)表面是富Pb的.在热脱附处理过程中,PbO2和TeO2的芯态峰消失,且O1s芯态峰的强度迅速减弱,表明加热处理不仅使PbO2和TeO2发生了分解,同时也使氧发生了脱附,但PbO即使在350℃退火仍吸附于PbTe(111)表面.     

窄带隙IV-VI族半导体PbTe(111)的表面氧化及氧的热脱附机理

利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描隧道显微镜(STM)以及低能电子衍射(LEED),对PbTe(111)薄膜的表面氧化及氧的热脱附机理进行了研究.结果表明:PbTe(111)薄膜经500VAr+轰击加上250℃高温退火循环处理,可得到呈(1×1)周期性排列的清洁表面.将此清洁表面暴露于大气两天后,表面被氧化形成了PbO2、PbO和TeO2,氧化层的厚度大于2个单原子层(ML),与清洁PbTe(111)表面相比,被氧化的PbTe(111)表面的Te3d5/2与Pb4f7/2芯态谱峰的面积比明显减小,表明被氧化的PbTe(111)表面是富Pb的.在热脱附处理过程中,PbO2和TeO2的芯态峰消失,且O1s芯态峰的强度迅速减弱,表明加热处理不仅使PbO2和TeO2发生了分解,同时也使氧发生了脱附,但PbO即使在350℃退火仍吸附于PbTe(111)表面.     

碱基腺嘌呤与胸腺嘧啶在Au(111)电极上的共吸附

用循环伏安法(CV)和电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)在HClO4溶液中研究了配对碱基腺嘌呤(Adenine,A)与胸腺嘧啶(Thymine,T)在Au(111)电极上的共吸附行为.CV曲线表明,A和T的电化学共吸附行为更接近于A的电化学吸附行为.高分辨STM图像显示,在物理吸附区域碱基A和T分子之间通过氢键作用形成一种不同于单组分的网络结构.根据STM图像提出一个可能的模型,并给出了在Au(111)电极上共吸附时A和T分子之间可能的氢键作用方式.     

三聚氰胺与蜜勒胺在Au (111)表面的自组装和氢键识别

Melamine and melem molecules are widely used precursors for synthesizing graphitic carbon nitride (g-C₃N₄), the latter also a hot two-dimensional material with photocatalytic applications. The molecular structures of both are respectively identical to the repeating units of two distinct g-C₃N₄ phases. In this work, the adsorption and self-assembly of melamine and melem on an Au(111) surface were investigated with low-temperature scanning tunneling microscopy (STM). Particularly, the patterns of hydrogen bonds (HBs) in their assemblies were identified and compared. It was found that melamine can only form one type of HB and two kinds of assembly structures, whereas melem can form three types of HBs and six kinds of assembly structures in total. Moreover, the involved HBs can be transformed by tip manipulation. These findings may provide a new strategy for tuning the functionality of surface self-assemblies by manipulating intermolecular hydrogen bonds. This also paves a route for the in situ synthesis of g-C₃N₄ on metallic surfaces and subsequent investigations of their physicochemical properties.     

Schiff碱N-aete-N在Au(111)上自组装单分子膜的电化学及STM研究

利用电化学技术及扫描隧道显微镜(STM),于0.1mol/LHClO₄溶液中研究了Schiff碱N-aete-N在单晶Au(111)面上所形成的自组装单分子膜(SAMs)的电化学性质及结构.N-aete-N在Au(111)电极表面的吸附抑制了金的阳极氧化,同时使固/液界面双层电容明显降低.观察到N-aete-NSAMs的高分辨STM图像.N-aete-N分子在Au(111)表面上以(6×7)结构单胞呈二维有序排列,其表面浓度为5.5×10^-11mol/cm².     

Sb在Au单晶电极上结构敏感吸附行为的比较

本文研究比较Sb(III)在Au(111)和Au(100)电极上的不可逆吸附与还原和Sb的欠电位沉积行为及其相互影响.现场扫描隧道显微镜和循环伏安法测试结果表明,基底表面结构不仅影响阴离子的吸附行为和Sb的吸附结构,而且还影响其自身结构的稳定性.在Au(111)表面,致密无序膜的SbO+不可逆吸附层还原后基本保持原有的无序结构;而在Au(100)表面,由于SO42-的共吸附,不可逆吸附物种还原后形成(2×2)有序结构.在Au(111)表面上,Sb的欠电位沉积伴随显著的合金化,且因表面有序结构的破坏而形成沟道状二维结构;但对Au(100)表面,由于其晶格和尺寸与稳定的AuSb2合金之(100)面有较好的匹配性,使Au与Sb得以形成有序的表面化合物,从而避免了欠电位沉积过程中的表面合金化问题,进一步体现基底结构的敏感性和重要性.     

NO在Cu(111)表面吸附和分解的XPS和TPD研究：不同氧物种的影响

利用X射线光电子能谱和程序升温脱附谱研究了NO在清洁和预吸附氧的Cu(111)表面上的吸附和反应.通过改变NO的暴露量和退火温度,在Cu(111)表面可以制备出不同种类的化学吸附氧物种,其O 1s的结合能分别位于531.0 eV (O₅₃₁)和529.7 eV (O₅₂₉).表面O₅₃₁物种的存在对NO的不同吸附状态有着显著影响,同时使得大部分NO吸附分子(NO(a))在加热过程中发生分解并以N₂O和N₂形式脱附; 而表面O₅₂₉物种对NO(a)的解离脱附有着明显的抑制作用.相对于O₅₃₁物种来说,O₅₂₉物种对NO吸附表现出更强的位阻效应.上述结果表明,NO在Cu(111) 表面的吸附和分解行为与预吸附氧物种的种类和覆盖度密切相关.     

硅(111)衬底上直接接枝巯基的方法

硅衬底是很有应用前景的表面。这是因为硅衬底在机械上和化学上的适应性能够抵御水环境和有机环境带来的影响。除此之外,优良的电学性质也是它们成为具有应用前景的表面的原因。目前有许多方法来进行硅表面的巯基化,很多情况下是将具有―SH末端的分子接枝到硅衬底上。但这些方法存在反应时间长的问题。在这篇报导中,我们发展了一种新的硅表面巯基化方法。这种方法可以实现将巯基直接接枝到硅片表面。新方法需要对硅衬底进行氯化和巯基化反应,所需的反应时间缩短。X射线光电子能谱（XPS）和接触角测量被用于研究反应中每个步骤的表面表征。     

Ordered arrays of semi-crown ligands on an Au(111) electrode surface: in situ STM study

Self-organized systems have attracted much at-tention due to their potential applications in nano- technology as a bottom-up?approach for the con-struction of molecule-scale devices and nanostruc-tures[1—4]. Beyond the self-assembly of small molecu-lar building blocks, Schnherr et al. recently suc-ceeded in arranging the rosette supramolecular nanos-tructures in two dimensions on HOPG[5,6]. Moreover, interest has tremendously increased in the su-pramolecular structures via coordination-dr…     

New insights on the Cd UPD on Au(111)

The Cd underpotential deposition (UPD) process on Au(111) was analyzed by means of combined electrochemical measurements and in situ scanning tunneling microscopy (STM). In the underpotential range 300?ΔE (mV) ?400, 2D Cd islands are formed on the fcc regions of the Au(111)‐(√3 × 22) reconstructed surface without lifting the reconstruction. At lower underpotentials, the 2D Cd islands grow and, simultaneously, new 2D islands nucleate and coalesce with the previous ones forming a complete condensed Cd monolayer (ML). STM images and long time polarization experiments performed at ΔE = 70 mV demonstrate the formation of an Au? Cd surface alloy. At ΔE = 10 mV, the formation of the complete Cd ML is accompanied by a significant Au? Cd surface alloying and the kinetic results reveal two different solid‐state diffusion processes. The first one, with a diffusion coefficient D₁ = 4 × 10^?17 cm² s^?1, could be ascribed to the mutual diffusion of Au and Cd atoms through a highly distorted (vacancy‐rich) Au? Cd alloy layer. The second and faster diffusion process (D₂ = 7 × 10^?16 cm² s^?1) is associated with the appearance of an additional peak in the anodic stripping curves and could be attributed to the formation of another Cd_zAu_x alloy phase. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Au单晶表面氟表面活性剂FSN自组装膜的电化学行为

研究Au(111)和Au(100)表面非离子型氟表面活性剂FSN自组装膜的电化学行为.电化学扫描隧道显微术和循环伏安法测试表明,在0～0.8 V电位区间,FSN自组装膜未发生氧化还原,均一性好,可稳定地存在于电极表面,并显著抑制硫酸根离子在电极表面的吸附和Au单晶表面的重构.在FSN自组装膜Au单晶电极的初始氧化阶段,Au(111)表面有少量突起,而Au(100)表面呈现台阶剧烈变化,但FSN自组装膜的吸附结构没有改变.与Au(100)表面相比,Au(111)表面形成的FSN自组装膜可更有效地抑制Au表面的氧化.     

Selective oxidation of styrene on an oxygen‐adsorbed Cu(111): A comparison with Au(111)

The reaction mechanism for the styrene selective oxidation on the oxygen preadsorbed Cu(111) surface has been studied by the density functional theory calculation with the periodic slab model. The calculated result indicated that the process includes two steps: forming the oxametallacycle intermediate (OMMS) and then producing the products. In addition, it was found that the second step, from OMMS to the product, is the rate‐controlling step, which is similar to the previous work of ethylene selective oxidation. The present result indicated that the selectivity towards the formation of styrene epoxide on Cu(111) is much higher than that on Au(111). More importantly, we found that the mechanism via the OMMS (2) (i.e., the preadsorbed atomic oxygen bound to the CH₂ group involved in C₆H₅? CH?CH₂) to produce styrene epoxide is kinetically favored than that of OMMS (1). We also found that the selectivity toward the styrene epoxide formation on Cu₂O is similar to that of Cu(111). © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Comput Chem, 2010     

一种新型C60-硫醚衍生物分子在金表面上的自组装

报导了一种新型C60 硫醚分子在金表面上自组装膜的形成,并通过接触角、扫描隧道显微术（STM）、X射线光电子能谱（XPS）、电化学和光电化学手段对其进行表征.高分辩STM形貌图证明,在Au(111)基底上C60基团存在并直观显示出特殊的单层膜结构. XPS分析表明,这一新型C60 硫醚分子是通过金硫键固定在金表面上的,并且在组装过程中存在分子内碳硫键断裂步骤.     

HCOO在Cu(110)、Ag(110)和Au(110)表面的吸附

采用密度泛函理论(DFT)以及广义梯度近似方法(GGA)计算了甲酸根(HCOO)在Cu(110)、Ag(110)和Au(110)表面的吸附. 计算结果表明, 短桥位是最稳定的吸附位置, 计算的几何参数与以前的实验和计算结果吻合. 吸附热顺序为Cu(110)(-116 kJ·mol-1)>Ag(110)(-57 kJ·mol-1)>Au(110)(-27 kJ·mol-1), 与实验上甲酸根的分解温度相一致. 电子态密度分析表明, 吸附热顺序可以用吸附分子与金属d-带之间的Pauli 排斥来关联, 即排斥作用越大, 吸附越弱. 另外还从计算的吸附热数据以及实验上HCOO的分解温度估算了反应CO2+1/2H2→HCOO的活化能, 其大小顺序为Au(110)>Ag(110)>Cu(110).