金属表面超薄二维结构的构建及其表面化学研究

发布时间：2020-04-16 02:38

【摘要】：金属表面上生长的超薄二维结构是表面催化研究中的理想模型体系。二维结构包括石墨烯及类石墨烯结构、超薄氧化物等,其在金属表面上可控制备和表界面化学研究对理解实际催化体系中的构效关系具有重要意义。本论文以金属担载的单层h-BN和单层/双层ZnO为研究体系,取得了以下研究成果:(1)制备单层h-BN/Ni(111)模型表面,研究了 CO在h-BN/Ni(111)表面上的吸脱附及解离行为。发现CO能够在近常压条件下插层到近满层的h-BN结构之下。相比于干净的Ni(111)表面,CO在h-BN/Ni(111)界面上的脱附温度较低,脱附温度区间较窄,显示出h-BN/Ni(111)界面对CO表面化学的限域效应;原位研究发现CO分子能够在0.1 mbarCO和300℃条件下在h-BN/Ni(111)界面上解离反应生成碳化镍及石墨碳物种。(2)在Pt(111)表面生长具有不同缺陷程度的h-BN单层结构,首次利用NAP-STM在原子尺度上动态研究近常压CO气氛中CO在h-BN结构下的原位插层过程。发现缺陷h-BN表面上CO插层发生在2 × 10-8 mbar CO;而规整h-BN表面上的CO插层需要0.1 mbar CO才能够发生。单层h-BN对于其下CO分子的STM成像具有透明作用,使得可以直接观察到限域CO分子在Pt(111)表面上的吸附构型。对比研究相同条件下CO在Pt(111)表面和h-BN/Pt(111)界面上的吸附构型,发现h-BN限域富集CO吸附效应。(3)研究了 Au(111)表面上原子氧物种的形成和金属Zn的氧化过程,发现不同氧化剂的氧化能力强弱顺序为O3NO2O2。采用分子束外延的方法,以NO2为氧化剂,在Au(111)表面上生长得到不同覆盖度的双层ZnO超薄结构;利用O3作氧化剂在Au(111)表面上生长出不同覆盖度的单层ZnO超薄结构。考察了不同氧化锌结构对水分子的活化和加氢行为,发现超薄ZnO结构能够在室温和近常压条件下活化水分子形成羟基化的氧化锌,且表面羟基的覆盖度为67%。单层和双层ZnO均能够与原子氢作用形成ZnOH结构,单层ZnO上原子氢饱和吸附后形成67%的表面羟基,而双层ZnO上表面羟基的覆盖度只有50%。此外,O3可以导致氧化锌与衬底Au(111)所形成的界面发生界面氧“插层”,近常压CO能够与该氧物种发生界面化学反应。
【图文】：

第１章绪论逡逑１．１引言逡逑超薄二维材料是一类具有片状结构的新兴纳米材料，横向尺寸超过１００邋ｎｍ逡逑或几微米甚至更大，，但厚度只相当于单个或几个原子层（一般不超过ＳｒｍＯｄＯＣＭ逡逑年，英国曼彻斯特大学的Ａｎｄｒｅ邋Ｇｅｉｍ和Ｋｏｎｓｔａｎｔｉｎ邋Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖｌ１＾人从高定向热逡逑解石墨（Ｈｉｇｈｌｙ邋Ｏｒｉｅｎｔｅｄ邋Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ邋Ｇｒａｐｈｉｔｅ，ＨＯＰＧ）中通过胶带进行多次机械剥逡逑离，最终得到了仅由一层碳原子构成的石墨薄片，也就是石墨烯（Ｇｒａｐｈｅｎｅ），是逡逑现代超薄二维纳米材料研宄的标志。石墨烯具有独特的物理、化学、电子性质和逡逑超高的机械强度，此外还具有热导率高、比表面积大的特点，在电极材料、储逡逑能材料、气体传感器等领域ｆ６％具有广泛的应用价值。逡逑ＮｂＳｅ２逦Ｇｒａｐｈｅｎｅ逦ＭｏＳ２逦ｈ－ＢＮ逡逑

逡逑通过调节ｈ－ＢＮ的生长温度，能够有效地调变ｈ－ＢＮ的形貌、尺寸和外延取逡逑向等。如图１．４所示，Ｗｅｉ等人［５８］通过低能电子显微镜（Ｌｏｗ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎ逡逑Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＬＥＥＭ）研究了不同温度下ｈ－ＢＮ在含有次表层Ａｒ原子的Ｒｕ（０００１）逡逑表面上的生长过程，随着生长温度的升高，ｈ－ＢＮ发生了显著的“紧实－分形”的逡逑形貌转变。不仅如此，在干净的Ｒｕ（０００１）表面上也能看到类似的现象［５８］。而ｈ－逡逑４逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36

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本文编号：2629297