使用高橫向分辨率的光譜顯微鏡研究了在高溫下Au在石墨烯-Ru（0001）界面上的嵌入機(jī)理。高于970 K時(shí)，Au不會粘附到石墨烯覆蓋的區(qū)域，這是金-石墨烯之間弱鍵合作用帶來的預(yù)期結(jié)果，這對于選擇石墨烯邊緣作為唯一的插入通道來說至關(guān)重要。隨著修飾過的StranskiKrastanov Au在具有兩個(gè)原子厚度潤濕層的Ru（0001）面上生長，在被微米尺寸石墨烯鱗片部分覆蓋的Ru（0001）表面上觀察到了3D石墨烯島。金層在石墨烯島內(nèi)部和外部按照精準(zhǔn)的規(guī)律成核，這種規(guī)律與各種配置中預(yù)期的Au吸附能具有直接關(guān)系。尤其是，從負(fù)載在Ru(0001)面上的單層金到插入在石墨烯-Ru界面處的單層Au，Au的吸附能降低，并且對于負(fù)載在Ru（0001）上的雙層Au則繼續(xù)降低。此外，金生長過程中不同階段的化學(xué)圖譜指出，當(dāng)單層Au完全在石墨烯覆蓋區(qū)域以外時(shí)，石墨烯邊緣處顯著的動力學(xué)勢壘阻礙了插入。
Figure 1. a）Ru（0001）上Au的低能電子顯微鏡（LEEM）圖像。 顏色較深的曲線是金修飾的原子臺階和臺階束。b）在1030 K下添加7 L乙炔后同一表面的LEEM圖像，明亮部位為石墨烯島。c）在285 eV結(jié)合能下獲得的C 1s X射線顯微鏡（XPEEM）圖片。d）石墨烯島的內(nèi)部和外部獲取的C 1s和Ru 3d 的XPS光譜。e）在結(jié)合能為84 eV時(shí)獲取的Au 4f XPEEM圖像。f）來自表面上三個(gè)不同區(qū)域的Au 4f
7/2 XPS光譜。
Figure 2. （a-d）在1030 K下，被石墨烯部分覆蓋的Ru（0001）上生長的Au的 LEEM序列。表面.Au的蒸發(fā)量從a）到d）依次為0.33 ML，0.55 ML，1.17 ML和2.14 ML。 在（c）中石墨烯島上的淺灰色部分為插入的前端部位。e）填充在石墨烯鱗片內(nèi)外的金層的演變過程可以從（a）中標(biāo)出的特定區(qū)域的LEEM強(qiáng)度上推算出來。
Figure 3. a）模擬的Au從Ru（0001）表面熱脫附圖像。b）取決于溫度的不同吸附能下的解吸速率。
Figure 4. a）C 1s和Ru 3d的XPS光譜。b）Au 4f的XPS光譜。光子能量為335 eV。 在左面板的底部還顯示了潔凈的Ru的光譜，以突出C 1s峰的貢獻(xiàn)。裸露和插入的金厚度均為兩層。 所有表面內(nèi)核能級偏移的組分以淺藍(lán)色表示。
Figure 5. 在970 K下沉積3.4 ML Au的覆蓋層后，被石墨烯部分覆蓋的Ru（0001）表面。a）LEEM圖像顯示一個(gè)厚的金島部分插入在中央石墨烯島下。 所示區(qū)域涉及A：Gr/Au（2ML）/Ru，B：Gr/Au（3D）/Ru，C：Au（3D）/Ru和D：Au（2ML）/Ru。插層金的幾何形狀在插圖中展示。起始電壓為6V。b）來自LEEM圖像上標(biāo)記的區(qū)域的橫向分辨Au 4f
7/2光譜。 插圖顯示在84.0 eV的結(jié)合能下獲得的對應(yīng)的Au 4f XPEEM圖像。c）來自相同區(qū)域的C 1s光譜。 插圖是在284.5 eV的結(jié)合下能獲得的碳XPEEM圖像。也可觀察到弱的Ru 3d雙峰。光子能量為335 eV。
Figure 6.（頂部）Ru（0001）上Au沉積和嵌入的示意圖; （底部）與單個(gè)Au吸附原子的嵌入有關(guān)的電位分布在。勢能曲線說明在石墨烯邊緣的石墨烯-Ru相互作用更強(qiáng)，從而導(dǎo)致較大的插層勢壘。為便于觀察，能壘的高度和寬度被夸大，不應(yīng)用于定量測量。
本研究于2020年慕尼黑工業(yè)大學(xué)的 S. G¨unther和ELETTRA SINCROTRONE TRIESTE 公司的T. O. Mente¸s發(fā)表于Carbon（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.02.025）
原文：Au intercalation under epitaxial graphene on Ru(0001): The role of graphene edges
