金屬摻雜調(diào)控氧化物表面性質(zhì)的STM 研究

邵 翔

中國(guó)科技大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院化學(xué)物理系，安徽省合肥市金寨路96 號(hào)，郵編230026

　　金屬氧化物在人們的生產(chǎn)和生活中有著極其廣泛而重要的應(yīng)用。這些應(yīng)用的基礎(chǔ)多半是由于氧化物所具有的獨(dú)特的電子性質(zhì)和表面性質(zhì)。人們?cè)谘芯恐幸呀?jīng)發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)在氧化物中摻雜進(jìn)不同的元素來(lái)調(diào)節(jié)其電子結(jié)構(gòu)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其物理化學(xué)性質(zhì)的調(diào)控。然而現(xiàn)階段針對(duì)各種氧化物體系的基礎(chǔ)表面科學(xué)方面的研究，特別是人們對(duì)于氧化物的摻雜作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)還比較欠缺。

　　報(bào)告人在過(guò)去幾年的時(shí)間里致力于利用掃描探針顯微鏡特別是掃描隧道顯微鏡(STM)來(lái)研究各種氧化物單晶及薄膜的表面性質(zhì)，目標(biāo)是獲得局域原子結(jié)構(gòu)與表面性質(zhì)的關(guān)聯(lián)，從而在原子分子層次上認(rèn)識(shí)氧化物的表面科學(xué)。研究中發(fā)現(xiàn)通過(guò)選擇性的將各種金屬摻雜到氧化物的薄膜中，可以有效地調(diào)控吸附物與氧化物表面的相互作用。如在氧化鈣的薄膜中分別摻入Mo，Li，Cr 等，可以有效地控制沉積在表面的金顆粒的形貌在二維和三維之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換^[1-3] ，進(jìn)而對(duì)負(fù)載的金顆粒的理化性質(zhì)實(shí)現(xiàn)了調(diào)控。

　　該研究中通過(guò)將低溫掃描隧道顯微譜(STS)和密度泛函理論(DFT)計(jì)算相結(jié)合，共同揭示了該體系的摻雜作用的機(jī)制，即金屬雜原子與表面吸附物之間通過(guò)電子轉(zhuǎn)移而實(shí)現(xiàn)對(duì)表面相互作用的調(diào)節(jié)。這個(gè)結(jié)果為人們認(rèn)識(shí)理解和擴(kuò)展研究氧化物摻雜化學(xué)提供了理論指導(dǎo)，也為未來(lái)設(shè)計(jì)新型的催化劑體系提供了新思路。

參考文獻(xiàn)：

　　(1) Xiang Shao, Niklas Nilius and Hans-Joachim Freund, “Li/Mo Co-doping of CaO Films: A Means to Tailor the Equilibrium Shape of Au Deposits”, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2352-2354.

　　(2) Xiang Shao, Stefano Prada, Livia Giordano, Gianfranco Pacchioni, Niklas Nilius, and Hans-Joachim Freund, “Tailoring the Shape of Metal Ad-Particles by Doping the Oxide Support”, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 11525-11527.

　　(3) Fernando Stavale, Xiang Shao, Niklas Nilius, Hans-Joachim Freund, Stefano Prada, Livia Giordano, Gianfranco Pacchioni, “Donor Characteristics of Transition-metal Doped Oxides: Cr-doped MgO versus Mo-doped CaO”，J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 11380-11383.