文件类型：PDF/Adobe Acrobat 文件大小：字节
收稿日期: 2002210210 . 第一作者:焦 健,男, 1976年生,硕士研究生.
联系人:包信和. Tel :(0411)4686637 ; Fax :(0411)4694447 ; Email : xhbao @dicp . ac. cn.
文章编号: 025329837(2003)0620433204研究论文: 433～436
硅表面纳米银团簇的氧助迁移行为
焦 健1, 潘明虎2, 薛其坤2, 包信和1
(1中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,辽宁大连116023 ;
2中国科学院物理研究所表面物理国家重点实验室,北京100080)
摘要:采用原位扫描隧道显微镜研究了Si(111)27×7表面蒸镀纳米银团簇的迁移行为以及氧气氛的促进作用.在覆盖度较
低的情况下,蒸镀的银原子在Si(111)27×7表面形成具有规整三角形结构单元的有序银团簇,它们主要占据在Si(111)27×7
表面有位错的半单胞内.在氧的存在下,形成的结构单元在硅表面发生迁移,并逐渐团聚成无明显结构特征的大粒子.原位
观察结果表明,在连续扫描过程中,团聚后的大粒子在氧覆盖的硅表面也会发生迁移,最后稳定在硅表面原子氧吸附位周围.
进一步的观察发现,硅表面银团簇的存在对随后氧的吸附状态具有明显的影响.这些结果为解释纳米银团簇在SiO2表面具
有独特的催化性能提供了依据.
关键词:扫描隧道显微镜,二氧化硅,银团簇,迁移,吸附氧
中图分类号: O643 文献标识码: A
Oxygen2Induced Migration of Ag Nano2clusters
on Si( 111)27×7 Surface
J IAO J ian1, PAN Minghu2, XU E Qikun2, BAO Xinhe13
(1S t ateKeyL aboratoryofCat alysis,Dali anI nstit uteofChem icalPhysics,T heChi neseA cademyofSciences,
Dali an116023,L i aoni ng,Chi na;2S t ateKeyL aboratoryofS u rf acePhysics,I nstit uteofPhysics,
T heChi neseA cademyofSciences,Beiji ng100080,Chi na)
Abstract :The oxygen2induced migration of Ag clusters on Si(111)27×7 surface was observed byi n2sit uSTM.
All experiment s were carried out in U HV system. The Si(111)27×7 surface was obtained by directly heating to
1 200℃for several times. At t he beginning of Ag clustersgrowt h on t he Si(111)27×7 surface , Ag clusters
formed t he uniform and well2ordered arrays on t he surface. The monomers , dimers and clusters of Ag were ob2
served. After exposure to oxygen , some Ag clusters vanished and conglomerated into bigger clusters. As
known , t here are two kinds of adsorbed oxygen species on t he Si surface , ad2ins and ins2ins. The Ag clusters ap2
pear to move easily on t he surface until being t rapped by adsorbed atomic oxygen andpinned around t he adsorbed
oxygen. It was confirmed t hat t he migration of Ag clusters is caused by oxygen decoration. The statistical re2
sult s show t hat t he Ag clusters diff use much easily onpartly oxidized Si(111)27×7 surface t han on Si(111)27
×7 surface. It was also found t hat t he st rong interaction between Ag cluster and adsorbed oxygen species causes
a distinct change of t heproperty of adsorbed oxygen ,i1e1a change of surface ins2ins oxygen into ad2ins oxygen
species , reflecting t he role of subst rate at room temperat ure.
Key words :scanning t unneling microscope , silica , silver cluster , migration , adsorbed oxygen
银是一种被广泛应用的部分氧化催化剂,氧气
与银表面的相互作用是相关催化反应中涉及到的一
个重要步骤.迄今为止,人们已对银催化氧化涉及
到的诸如银催化剂的结构效应,银粒子的尺寸效应
以及氧吸附性能等进行了广泛深入的研究,获得了
一些非常有意义的结果[ 1 ,2 ].研究结果表明,催化剂
第24卷第6期
Vol. 24 No . 6
催 化 学 报
Chinese Journal of Catalysis
2003年6月
J une 2003
1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
的催化性能不仅与活性组分银的状态有关,而且与
载体的特性有关.在一氧化碳选择氧化反应中,
SiO2被证实是银催化剂的最好的载体,且其催化性
能明显受到对SiO2载体预处理方法的影响[ 3 ].本
实验从模型催化剂入手,通过研究银粒子在模型硅
表面的沉积,迁移,以及银与硅表面的相互作用,考
察SiO2负载的纳米银催化剂的稳定性及其对涉氧
反应的催化性能.
1 实验部分
实验在Omicron多功能超高真空系统中进行,
真空系统的基压为3 nPa.系统装配有高温扫描隧
道显微镜(Omicron V T型SPM),俄歇电子能谱,低
能电子衍射和金属蒸镀源. STM的针尖由电化学
腐蚀钨丝的方法制成.依据已有的报道,银原子在
Si(111)27×7表面生长的初期可以自组装成为粒子
大小均一的银团簇,规整的Si(111)27×7表面很容
易吸附氧;银团簇与硅表面吸附氧之间的相互作用
可以部分反映出银团簇与SiO2载体之间的相互作
用.本实验选取Si(111)27×7表面作为模型催化剂
的基底,采用电阻直接加热方法将切割好的Si(111)
面(115～3109Ω cm ,掺杂p2型半导体)样品反复闪
脱到约1 200℃,直到能获得完美的Si(111)27×7
表面.采用加热装有银颗粒的钨篮以实现金属银粒
子的控制沉积,加热电压211 V ,电流1410 A.根据
蒸镀时间和束流控制金属银在表面的覆盖度.为了
避免扫描过程中隧穿电子对实验的影响,实验所用
的扫描电压均不大于210 V .
2 结果与讨论
2. 1 银原子簇在Si( 111)27×7表面的生长
室温下,银在Si(111)27×7表面的生长遵循
St ranski2Krastanov(S2K)模式[ 4 ].扫描隧道电子显
微研究发现,在银覆盖度较低(约0. 01单层)的情况
下,银原子在Si(111)27×7表面形成表观形貌为三
角形的结构单元,这些结构单元主要(> 90 %)占据
在有位错的半单胞内;增加银的覆盖度时,三角形
结构单元在表面发生迁移,逐渐形成没有明显结构
特征,具有较高扫描隧道电子发射(亮度较高)的大
簇团;继续增加银的覆盖度,这些团簇互相连接起
来,最终在表面形成浸润层.一些研究结果证实,在
Ag/ Si体系中,这种占据在半单胞中的三角形结构
单元与Pb在Si(111)27×7表面的行为有很强的类
似性[ 5 ].在这些三角形结构单元中都只包含一个金
属原子.在一定的温度下,这个金属原子在半单胞
内的不同原子位上不停地跳跃,在一定的STM探
测速度下,得到的结果表观上表现为连续的三角形
结构.
2. 2 吸附氧对纳米银团簇迁移行为的影响
STM研究结果表明,纳米银团簇在氧气气氛
中会发生Ostwald团聚[ 3 ].图1(a)和(b)进一步表
明,硅表面被少量Ag覆盖(0101单层)后,暴露在氧
气气氛中会导致硅表面三角形的银结构单元迅速减
少,同时伴随有较大的银团簇形成.随着扫描时间
的延长,在硅表面不断出现新的银团簇.原位STM
扫描观察到这些团簇具有较高的表面迁移性能.随
着扫描的进行,它们大多都在表面发生迁移,最终都
稳定在硅表面具有明显的暗点或亮点的特殊位置周
围.仔细比较连续扫描的图像不难发现,扫描区域
内原为亮点的位置A(图1(b)中放大部分),与团簇
偶合后转变成暗点A′(图1(c)中放大部分);并且,
在负偏压下得到的扫描图像与采用正偏压没有明显
的区别(图1(d)中插图).
在扫描过程中,扫描区域内大量新团簇的出现
有两种可能的解释:一种可能是吸附氧增强了银原
子在硅表面迁移的能力,使分散的金属银粒子聚集
形成较大的银团簇;另一种可能是钨针尖表面被氧
化形成氧化物,在扫描过程中脱落.为了排除后一
种可能,我们在相同的条件下进行了空白对比实验.
先将针尖在硅表面某一位置处理干净(迅速改变扫
描电压,重复几次直至可以获得稳定的图像),脱除
可能的氧化物后,再将针尖移到任意的新鲜表面,连
续扫描后,仍然能观测到相同的表面团簇;同时,在
相同条件下连续扫描吸附氧气后的硅表面,并没有
产生任何表面团簇.这些结果表明,在我们选定的
实验条件下,针尖在氧暴露过程中是稳定的,硅表面
结构单元的变化和新团簇的形成主要来自银原子的
迁移和聚集.
为了进一步确证是吸附氧导致和强化银原子在
硅表面的迁移效应,排除在扫描过程中可能存在的
针尖诱导因素[ 6 ],我们对Ag团簇在洁净Si表面的
迁移情况进行了对比观察.将样品在127℃退火5
min ,得到与上述新出现团簇大小类似的团簇;在相
同的条件下连续扫描20 min ,结果如图2所示.在
整个扫描过程中,除偶尔会有一两个新团簇出现以
外,得到的图像基本保持不变.与暴露在氧气后银
434 催 化 学 报第24卷
1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
图1 Si( 111)27×7表面上的银团簇在暴露氧气气氛前后的STM图像( 50 nm×50 nm)
Fig 1 Scanning t unneling microscope(STM)images of Ag clusters on Si(111)27×7 surface
(a)Before exposure to oxygen ;(b),(c),(d)After exposure to oxygen(500 nPa , 15 s), scanning continually(210 V , 20pA)
(The drawing( (b),(c),(d) )is enlarged to t he insert drawing , and t he insert drawing(d)
is obtained under t he negative voltage(- 210 V , 20pA) )
团簇的迁移行为相比较,这种银团簇的迁移行为可
明确归结为Si(111)27×7表面吸附氧的强化作用.
众所周知,限制金属原子在硅表面迁移的主要
原因是表面存在的扩散能量势垒, Si(111)27×7表
面的两个半单胞之间的能垒约为0175 eV[ 7 ].暴露
在氧气后,部分硅表面被氧化,形成类似于SiO2中
Si2O键的结构,ad2ins和ins2ins(如图3所示).其
中,ad2ins吸附氧在STM图像中表现为暗点,而ins2
ins吸附氧表现为亮点[ 8 ].对银团簇分布进行统计,
以NU和NF分别表示占据在无位错半单胞和有位
错半单胞的银团簇数目,即清洁表面的NU/NF=
014 ;暴露在0115 ML氧后,团簇分布发生了显著
变化,NU/NF= 016.这一事实说明,氧吸附降低了
银在硅表面的扩散能垒,特别是两个半单胞之间的
扩散能垒,使银团簇在表面的迁移成为可能.在吸
附氧的位置,几乎很难分辨银团簇是处于有位错半
单胞位置还是无位错半单胞位置.
实验结果表明,不仅硅表面吸附的氧对银团簇
的结构和迁移行为有明显的影响,而且银团簇的存
在也改变了氧的吸附状态(见图1(b)和(c)中插
图).在实验条件下,表面银团簇将ins2ins吸附态氧
转变为ad2ins吸附态氧. Martel等[ 9 ]也观测到类似
的现象,但他们的解释是氧的ins吸附态到分子吸
附态的转变,而且这种转变只有在硅表面未解离的
分子吸附态的氧的参与下才能进行.然而,最近的
理论和实验都证明,氧的分子吸附并不存在[ 8 ].因 534 第6期焦 健等:硅表面纳米银团簇的氧助迁移行为
1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
图2 对127℃下退火的银团簇连续扫描20 min的STM图像( 45 nm×40 nm)
Fig 2 STM images of Ag clusters on Si(111)27×7 surface(210 V , 20pA)
(a)Annealed at 127℃for 5 min ,(b)Scanning continually for 20 min
图3 Si( 111)27×7表面吸附氧物种的STM图像及结构( 12 nm×12 nm)
Fig 3 STM image and st ruct ure of oxygen species adsorbed on Si(111)27×7 surface
此,可以认为,在银团簇作用下STM图象中由亮点
到暗点的转变,是ins2ins结构中的一个ins键断开
而形成ad键.本文发现的纳米金属银与硅表面吸
附氧的相互作用,为从理论上解释纳米银粒子在
SiO2表面的锚结行为和催化特性提供了帮助.
参考文献
1 BukhtiyarovV I , Carley A F , Dollard L A , Roberts M W.
S u rfSci, 1997 ,381(2/ 3): L605
2 LaiX , Clair T P St , Valden M , Goodman D W.Prog
S u rfSci, 1998 ,59(124): 25
3 曲振平,程谟杰,石川,包信和.催化学报(Qu Zh P ,
Cheng M J , Shi Ch , Bao X H.Chi nJCat al), 2002 ,23
(5): 460
4 Sobotik P ,Ost'adalI , Myslivecek J , J arolimek T , Lavicky
F.S u rfSci, 2001 ,4822485: 797
5 J arolimekT , Myslivecek J , Sobotik P ,Ost'adalI.S u rf
Sci, 2001 ,4822485: 386
6 RadojkovicP , Schwartzkopff M , Gabriel T , Hart mann E.
ApplPhysA, 1998 ,66: S701
7 SobotikP ,Ost'adalI , Myslivecek J , J arolimek T.S u rf
Sci, 2000 ,4542456: 847
8 LeeS2H , Kang M2H.PhysRevL et t, 1999 ,82(5): 968
9 MartelR , Avouris Ph , Lyo I2W.Science, 1996 ,272
(5260): 385
(Ed W GZh)
634 催 化 学 报第24卷
1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
·上一篇：物理双月刊(廿五卷五期)2003年10月联系人:包信和. Tel :(0411)4686637 ; Fax :(0411)4694447 ; Email : xhbao @dicp . ac. cn.
文章编号: 025329837(2003)0620433204研究论文: 433～436
硅表面纳米银团簇的氧助迁移行为
焦 健1, 潘明虎2, 薛其坤2, 包信和1
(1中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室,辽宁大连116023 ;
2中国科学院物理研究所表面物理国家重点实验室,北京100080)
摘要:采用原位扫描隧道显微镜研究了Si(111)27×7表面蒸镀纳米银团簇的迁移行为以及氧气氛的促进作用.在覆盖度较
低的情况下,蒸镀的银原子在Si(111)27×7表面形成具有规整三角形结构单元的有序银团簇,它们主要占据在Si(111)27×7
表面有位错的半单胞内.在氧的存在下,形成的结构单元在硅表面发生迁移,并逐渐团聚成无明显结构特征的大粒子.原位
观察结果表明,在连续扫描过程中,团聚后的大粒子在氧覆盖的硅表面也会发生迁移,最后稳定在硅表面原子氧吸附位周围.
进一步的观察发现,硅表面银团簇的存在对随后氧的吸附状态具有明显的影响.这些结果为解释纳米银团簇在SiO2表面具
有独特的催化性能提供了依据.
关键词:扫描隧道显微镜,二氧化硅,银团簇,迁移,吸附氧
中图分类号: O643 文献标识码: A
Oxygen2Induced Migration of Ag Nano2clusters
on Si( 111)27×7 Surface
J IAO J ian1, PAN Minghu2, XU E Qikun2, BAO Xinhe13
(1S t ateKeyL aboratoryofCat alysis,Dali anI nstit uteofChem icalPhysics,T heChi neseA cademyofSciences,
Dali an116023,L i aoni ng,Chi na;2S t ateKeyL aboratoryofS u rf acePhysics,I nstit uteofPhysics,
T heChi neseA cademyofSciences,Beiji ng100080,Chi na)
Abstract :The oxygen2induced migration of Ag clusters on Si(111)27×7 surface was observed byi n2sit uSTM.
All experiment s were carried out in U HV system. The Si(111)27×7 surface was obtained by directly heating to
1 200℃for several times. At t he beginning of Ag clustersgrowt h on t he Si(111)27×7 surface , Ag clusters
formed t he uniform and well2ordered arrays on t he surface. The monomers , dimers and clusters of Ag were ob2
served. After exposure to oxygen , some Ag clusters vanished and conglomerated into bigger clusters. As
known , t here are two kinds of adsorbed oxygen species on t he Si surface , ad2ins and ins2ins. The Ag clusters ap2
pear to move easily on t he surface until being t rapped by adsorbed atomic oxygen andpinned around t he adsorbed
oxygen. It was confirmed t hat t he migration of Ag clusters is caused by oxygen decoration. The statistical re2
sult s show t hat t he Ag clusters diff use much easily onpartly oxidized Si(111)27×7 surface t han on Si(111)27
×7 surface. It was also found t hat t he st rong interaction between Ag cluster and adsorbed oxygen species causes
a distinct change of t heproperty of adsorbed oxygen ,i1e1a change of surface ins2ins oxygen into ad2ins oxygen
species , reflecting t he role of subst rate at room temperat ure.
Key words :scanning t unneling microscope , silica , silver cluster , migration , adsorbed oxygen
银是一种被广泛应用的部分氧化催化剂,氧气
与银表面的相互作用是相关催化反应中涉及到的一
个重要步骤.迄今为止,人们已对银催化氧化涉及
到的诸如银催化剂的结构效应,银粒子的尺寸效应
以及氧吸附性能等进行了广泛深入的研究,获得了
一些非常有意义的结果[ 1 ,2 ].研究结果表明,催化剂
第24卷第6期
Vol. 24 No . 6
催 化 学 报
Chinese Journal of Catalysis
2003年6月
J une 2003
1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
的催化性能不仅与活性组分银的状态有关,而且与
载体的特性有关.在一氧化碳选择氧化反应中,
SiO2被证实是银催化剂的最好的载体,且其催化性
能明显受到对SiO2载体预处理方法的影响[ 3 ].本
实验从模型催化剂入手,通过研究银粒子在模型硅
表面的沉积,迁移,以及银与硅表面的相互作用,考
察SiO2负载的纳米银催化剂的稳定性及其对涉氧
反应的催化性能.
1 实验部分
实验在Omicron多功能超高真空系统中进行,
真空系统的基压为3 nPa.系统装配有高温扫描隧
道显微镜(Omicron V T型SPM),俄歇电子能谱,低
能电子衍射和金属蒸镀源. STM的针尖由电化学
腐蚀钨丝的方法制成.依据已有的报道,银原子在
Si(111)27×7表面生长的初期可以自组装成为粒子
大小均一的银团簇,规整的Si(111)27×7表面很容
易吸附氧;银团簇与硅表面吸附氧之间的相互作用
可以部分反映出银团簇与SiO2载体之间的相互作
用.本实验选取Si(111)27×7表面作为模型催化剂
的基底,采用电阻直接加热方法将切割好的Si(111)
面(115～3109Ω cm ,掺杂p2型半导体)样品反复闪
脱到约1 200℃,直到能获得完美的Si(111)27×7
表面.采用加热装有银颗粒的钨篮以实现金属银粒
子的控制沉积,加热电压211 V ,电流1410 A.根据
蒸镀时间和束流控制金属银在表面的覆盖度.为了
避免扫描过程中隧穿电子对实验的影响,实验所用
的扫描电压均不大于210 V .
2 结果与讨论
2. 1 银原子簇在Si( 111)27×7表面的生长
室温下,银在Si(111)27×7表面的生长遵循
St ranski2Krastanov(S2K)模式[ 4 ].扫描隧道电子显
微研究发现,在银覆盖度较低(约0. 01单层)的情况
下,银原子在Si(111)27×7表面形成表观形貌为三
角形的结构单元,这些结构单元主要(> 90 %)占据
在有位错的半单胞内;增加银的覆盖度时,三角形
结构单元在表面发生迁移,逐渐形成没有明显结构
特征,具有较高扫描隧道电子发射(亮度较高)的大
簇团;继续增加银的覆盖度,这些团簇互相连接起
来,最终在表面形成浸润层.一些研究结果证实,在
Ag/ Si体系中,这种占据在半单胞中的三角形结构
单元与Pb在Si(111)27×7表面的行为有很强的类
似性[ 5 ].在这些三角形结构单元中都只包含一个金
属原子.在一定的温度下,这个金属原子在半单胞
内的不同原子位上不停地跳跃,在一定的STM探
测速度下,得到的结果表观上表现为连续的三角形
结构.
2. 2 吸附氧对纳米银团簇迁移行为的影响
STM研究结果表明,纳米银团簇在氧气气氛
中会发生Ostwald团聚[ 3 ].图1(a)和(b)进一步表
明,硅表面被少量Ag覆盖(0101单层)后,暴露在氧
气气氛中会导致硅表面三角形的银结构单元迅速减
少,同时伴随有较大的银团簇形成.随着扫描时间
的延长,在硅表面不断出现新的银团簇.原位STM
扫描观察到这些团簇具有较高的表面迁移性能.随
着扫描的进行,它们大多都在表面发生迁移,最终都
稳定在硅表面具有明显的暗点或亮点的特殊位置周
围.仔细比较连续扫描的图像不难发现,扫描区域
内原为亮点的位置A(图1(b)中放大部分),与团簇
偶合后转变成暗点A′(图1(c)中放大部分);并且,
在负偏压下得到的扫描图像与采用正偏压没有明显
的区别(图1(d)中插图).
在扫描过程中,扫描区域内大量新团簇的出现
有两种可能的解释:一种可能是吸附氧增强了银原
子在硅表面迁移的能力,使分散的金属银粒子聚集
形成较大的银团簇;另一种可能是钨针尖表面被氧
化形成氧化物,在扫描过程中脱落.为了排除后一
种可能,我们在相同的条件下进行了空白对比实验.
先将针尖在硅表面某一位置处理干净(迅速改变扫
描电压,重复几次直至可以获得稳定的图像),脱除
可能的氧化物后,再将针尖移到任意的新鲜表面,连
续扫描后,仍然能观测到相同的表面团簇;同时,在
相同条件下连续扫描吸附氧气后的硅表面,并没有
产生任何表面团簇.这些结果表明,在我们选定的
实验条件下,针尖在氧暴露过程中是稳定的,硅表面
结构单元的变化和新团簇的形成主要来自银原子的
迁移和聚集.
为了进一步确证是吸附氧导致和强化银原子在
硅表面的迁移效应,排除在扫描过程中可能存在的
针尖诱导因素[ 6 ],我们对Ag团簇在洁净Si表面的
迁移情况进行了对比观察.将样品在127℃退火5
min ,得到与上述新出现团簇大小类似的团簇;在相
同的条件下连续扫描20 min ,结果如图2所示.在
整个扫描过程中,除偶尔会有一两个新团簇出现以
外,得到的图像基本保持不变.与暴露在氧气后银
434 催 化 学 报第24卷
1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
图1 Si( 111)27×7表面上的银团簇在暴露氧气气氛前后的STM图像( 50 nm×50 nm)
Fig 1 Scanning t unneling microscope(STM)images of Ag clusters on Si(111)27×7 surface
(a)Before exposure to oxygen ;(b),(c),(d)After exposure to oxygen(500 nPa , 15 s), scanning continually(210 V , 20pA)
(The drawing( (b),(c),(d) )is enlarged to t he insert drawing , and t he insert drawing(d)
is obtained under t he negative voltage(- 210 V , 20pA) )
团簇的迁移行为相比较,这种银团簇的迁移行为可
明确归结为Si(111)27×7表面吸附氧的强化作用.
众所周知,限制金属原子在硅表面迁移的主要
原因是表面存在的扩散能量势垒, Si(111)27×7表
面的两个半单胞之间的能垒约为0175 eV[ 7 ].暴露
在氧气后,部分硅表面被氧化,形成类似于SiO2中
Si2O键的结构,ad2ins和ins2ins(如图3所示).其
中,ad2ins吸附氧在STM图像中表现为暗点,而ins2
ins吸附氧表现为亮点[ 8 ].对银团簇分布进行统计,
以NU和NF分别表示占据在无位错半单胞和有位
错半单胞的银团簇数目,即清洁表面的NU/NF=
014 ;暴露在0115 ML氧后,团簇分布发生了显著
变化,NU/NF= 016.这一事实说明,氧吸附降低了
银在硅表面的扩散能垒,特别是两个半单胞之间的
扩散能垒,使银团簇在表面的迁移成为可能.在吸
附氧的位置,几乎很难分辨银团簇是处于有位错半
单胞位置还是无位错半单胞位置.
实验结果表明,不仅硅表面吸附的氧对银团簇
的结构和迁移行为有明显的影响,而且银团簇的存
在也改变了氧的吸附状态(见图1(b)和(c)中插
图).在实验条件下,表面银团簇将ins2ins吸附态氧
转变为ad2ins吸附态氧. Martel等[ 9 ]也观测到类似
的现象,但他们的解释是氧的ins吸附态到分子吸
附态的转变,而且这种转变只有在硅表面未解离的
分子吸附态的氧的参与下才能进行.然而,最近的
理论和实验都证明,氧的分子吸附并不存在[ 8 ].因 534 第6期焦 健等:硅表面纳米银团簇的氧助迁移行为
1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
图2 对127℃下退火的银团簇连续扫描20 min的STM图像( 45 nm×40 nm)
Fig 2 STM images of Ag clusters on Si(111)27×7 surface(210 V , 20pA)
(a)Annealed at 127℃for 5 min ,(b)Scanning continually for 20 min
图3 Si( 111)27×7表面吸附氧物种的STM图像及结构( 12 nm×12 nm)
Fig 3 STM image and st ruct ure of oxygen species adsorbed on Si(111)27×7 surface
此,可以认为,在银团簇作用下STM图象中由亮点
到暗点的转变,是ins2ins结构中的一个ins键断开
而形成ad键.本文发现的纳米金属银与硅表面吸
附氧的相互作用,为从理论上解释纳米银粒子在
SiO2表面的锚结行为和催化特性提供了帮助.
参考文献
1 BukhtiyarovV I , Carley A F , Dollard L A , Roberts M W.
S u rfSci, 1997 ,381(2/ 3): L605
2 LaiX , Clair T P St , Valden M , Goodman D W.Prog
S u rfSci, 1998 ,59(124): 25
3 曲振平,程谟杰,石川,包信和.催化学报(Qu Zh P ,
Cheng M J , Shi Ch , Bao X H.Chi nJCat al), 2002 ,23
(5): 460
4 Sobotik P ,Ost'adalI , Myslivecek J , J arolimek T , Lavicky
F.S u rfSci, 2001 ,4822485: 797
5 J arolimekT , Myslivecek J , Sobotik P ,Ost'adalI.S u rf
Sci, 2001 ,4822485: 386
6 RadojkovicP , Schwartzkopff M , Gabriel T , Hart mann E.
ApplPhysA, 1998 ,66: S701
7 SobotikP ,Ost'adalI , Myslivecek J , J arolimek T.S u rf
Sci, 2000 ,4542456: 847
8 LeeS2H , Kang M2H.PhysRevL et t, 1999 ,82(5): 968
9 MartelR , Avouris Ph , Lyo I2W.Science, 1996 ,272
(5260): 385
(Ed W GZh)
634 催 化 学 报第24卷
1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
·下一篇：$%单晶的相衍变和电子态!