引入应力的锐钛矿TiO2(001)薄膜的外延生长

王明越; 谭世倞; 崔雪峰; 王兵

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cqvip:锐钛矿TiO2(001)(anatase TiO2(001),简记为ATO)表面因其优异的催化活性受到了广泛的关注。理论计算结果表明,ATO表面应力导致的晶格畸变可能会增强该表面的催化活性。因此有必要研究应力对ATO表面结构的影响。本文利用BaTiO3(001)(简记为BTO)与ATO之间存在较大的晶格失配度,将ATO薄膜外延生长在BTO衬底上从而引入应力,研究了存在应力情况下的ATO薄膜的结构特征。实验中,利用脉冲激光沉积方法在Nb掺杂的SrTiO3(001)(简记为STO)单晶衬底上制备了ATO/BTO/STO外延薄膜。X射线衍射(XRD)和扫描透射电子显微术(STEM)结果表明,作为应力引入层的BTO薄膜厚度约为46 nm时,能够部分地将应力引入到ATO薄膜中。X射线光电子能谱(XPS)结果显示,ATO薄膜合适的厚度应大于15 nm,从而降低从衬底反向扩散至表面的Sr和Ba原子的浓度;Ti 2p的高分辨XPS谱仅呈现出Ti4+峰,表明ATO表面Ti原子为完全氧化的价态。ATO外延薄膜表面的扫描隧道显微术(STM)图像仍然呈现为(1×4)重构的结构,但在(1×4)重构的脊上存在明暗交替并具有一定周期性的特征。根据完全氧化的“增氧原子模型”(ad-oxygen model,AOM),脊上观察到的明暗交替特征可归因于表面应力导致的“TiO2”空位缺陷结构。

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来源
《物理化学学报》 |2019年第12期|1412-1421|共10页
作者
王明越; 谭世倞; 崔雪峰; 王兵;
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作者单位

中国科学技术大学物理系合肥微尺度物质科学国家研究中心合肥230026;

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原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类表面现象的物理化学;
关键词
锐钛矿TiO2(001); 薄膜; 扫描隧道显微术; 表面重构; 表面应力;

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