超薄-金薄膜，Nature子刊！

学术 2024-12-13 11:40 河南

研究背景

迄今为止，大多数实验合成的2D材料都可以追溯到3D层状范德华材料，如石墨、六方氮化硼或过渡金属二硫化物。这些材料中的强定向共价平面键和弱范德华层间相互作用，使得单层材料能够被剥离、起皱、折叠、卷曲等操作。然而，用更离域的相互作用类型代替定向平面内结合，对单个2D层的剥离和操作提出了挑战。2D硼或硼烯薄膜就是一个典型例子，其中定向和更离域的三中心键都有助于平面内相互作用。尽管已经有从块状B粉末液相剥离几层厚B薄片的成功实例，但严格单层独立的硼烯很难实现，因为共价B-B键往往在相邻层间形成，从而形成超薄的3D B薄膜。可以推测，具有更强平面内相互作用离域的材料可能不允许严格单原子厚度独立单层的实验分离。特别是，由于强烈的离域金属键合，元素金属通常不适宜形成2D材料，因为它们倾向于形成各向同性的结构。因此，尽管在润湿基板上生长2D金属薄膜相对简单，但由于金属键合的基本3D性质，将无支撑的单原子金属层视为有形的物理对象是违反直觉的。

研究成果

近日，日本北海道大学Andrey Lyalin & 瑞典隆德大学Alexei Preobrajenski合作报道了一种自下而上的策略来制造宏观尺寸、几乎独立的2D金（Au）单层，由纳米结构贴片组成。通过在Ir（111）基底上形成Au单层，并在Au/Ir界面嵌入硼（B）原子，实现了具有六边形结构和三角形纳米级图案的悬浮单原子Au片。在B/Ir（111）基底上的Au双层中，观察到周期性纳米点的替代图案。利用扫描隧道显微镜、X射线光谱学和理论计算，揭示了埋入的B原子在形成纳米结构Au层中的作用。衬底解耦时Au单层能带结构的变化，表明从3D到2D金属键合的转变。所得Au薄膜表现出显著的热稳定性，为研究2D金的催化活性提供了可能。相关研究工作以“Boron-induced transformation of ultrathin Au films into two-dimensional metallic nanostructures”为题发表在国际顶级期刊《Nature Communications》上。

研究内容

这项研究证明了生长由周期性纳米结构贴片组成的宏观尺寸且几乎独立的2D Au单层的可行性。采用自下而上的方法，包括在Ir（111）基底上形成Au单层，然后在Au/Ir界面有序嵌入B原子。这导致了一种规则的纳米结构悬浮单原子Au片，具有六边形结构和略微调制的晶格常数。此外，在形成第二Au单层时，观察到从2D到3D的结构转变，形成了具有替代纳米结构图案的Au双层。结合多种实验技术和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了埋入B原子的作用和性质。所制备金薄膜展现出显著的热稳定性，使其成为用于测试2D金催化活性理论的实用平台。

图1. 通过嵌入界面B在Ir（111）上形成单原子Au层的纳米结构

图2. 通过嵌入界面B在Ir（111）上形成2ML厚Au膜的纳米结构

图3. 揭示埋入界面B的结构

图4. 从角分辨光电子能谱（ARPES）和密度泛函理论（DFT）得到的2D金属薄膜的电子结构

图5. 使用具有周期性边界条件（pGFN FF）的通用力场计算解开B/Ir（111）上单层金中的纳米图案结构

结论与展望

总之，这项研究设计了一种自下而上的策略，通过在Au/Ir界面有序嵌入B原子，来生产大尺寸、几乎独立的纳米结构2D Au单层。如ARPES和DFT所示，Au单层与金属基底的解耦引发了其电子性质的转变，表明了从3D到基本2D金属键合的转变。对于Au双层，采用相同的方法，产生了互连的周期性纳米点的替代调制模式。通过结合STM、基于同步加速器的X射线光谱学和理论计算，揭示了埋入B原子的结构及其在形成纳米结构Au单层和双层中的关键作用。界面B原子并未形成通常在Ir（111）表面上观察到的χ型硼芬，而是吸附在Ir基底空心位点上。Au/B/Ir异质结构中的应变使B夹层变得不完整，1-ML和2ML Au薄膜中缺失的B原子的不同模式决定了不同的纳米结构图案。所制备Au薄膜表现出显著的热稳定性，在真空中可承受高达500°C的温度，并在环境条件下保持弹性。这些金薄膜的成功制造为深化对二维金属材料的理解提供了新的视角。此外，它们可以作为自组装各种大分子和纳米粒子的稳定平台，为研究其催化、光学和磁性应用提供了宝贵的见解。

最强科研AI工具（集AI问答，AI文献阅读及科研网站导航于一体的AI工具）来了！！免费！高效！简单！打开即用~

免责声明：本公众号致力于打造专属材料人士的平台，分享材料资讯，相关内容仅供参考学习，所有转载内容，均不代表【材料PLUS】赞同其观点，不能完全保证其真实性。如若本公众号无意侵犯媒体或个人知识产权，请联系【材料PLUS】小助手：13073797525，我们将立即予以删除。

材料PLUS

【材料PLUS】致力于为材料从业人员打造资讯获取、观点交流、人脉建立、产品推广、投融资服务、项目对接的一站式平台。

最新文章

中科院1区Top期刊解除On hold！但被降区

研究“鳄鱼皮”，发了一篇Nature！

超材料在军用隐身领域的应用与发展前景

颜宁：明年只参加已接受邀请的学术会议

MXene复合材料，Advanced Materials！

新型涂料可使汽车在阳光直射下降温

2024年国家杰青名单

金刚石，最新Nature！

16种“国产替代”新材料

痛心！他，著名科学家，遭遇车祸逝世

水凝胶，最新Nature！

2024年Nature最佳科学图片公布！

1年内11名博士生自杀，顶尖高校陷博士生自杀危机，疑因要求学生每学期发1篇SCI

人类首次！西湖大学，发Science！

固态电池，牛津大学Nature Energy！

地方大学校长，进京履新！

多功能MOF，Advanced Materials！

《科学》发布2024年10大突破！

985大学一男生做变性手术，竟然被公示姓名、班级、身份证号...

超薄-金薄膜，Nature子刊！

金刚石散热，华为再取得重要突破！

他，手握13篇CNS，是施一公最低调的弟子！

上海科技大学，最新Nature！

飞机为啥用铆接不用焊接？

985教授已发表1226篇论文？本人回应

e测试荣获2024河南省互联网成长型前十家企业称号

金刚石冷却GPU，即将问世！

恶毒！华中农大发情况通报！

钙钛矿太阳能电池，最新Nature Energy！

2024年度Nature十大人物公布，我国2位科学家上榜！

汪顺博士论文开题！题目高深莫测……

她，四院院士，最新Science！

一辆新能源车究竟要用几千克PPS、尼龙？

教育部公布！2025考研人数，再降50万！

院士团队，Advanced Materials！

宁德时代联手比亚迪，2打10，胜！

学术造假！大学教授，被开除！

陶瓷气凝胶，Advanced Materials！

中国火箭真开始烧“煤”!？

知名学府，宣布关停“化学系”！

湖南大学，Nature Materials！

e测试，引领科研检测新篇章！

重大突破！前所未有的逆袭之路，深度研究了30年之久，再登Nature！

教育部抽检！一地近8成高校，检出“不合格”

华中科技大学，光刻胶新突破！

高校45岁讲师与年轻博士竞争副教授，差0.1分败北落选，结果突发心梗....

他，开辟水凝胶新方向，连发Nature、Science！

华为，又用了超高导热石墨烯膜

高校明确！不搞“非升即走”！

通知 | 第五届首都高校“材料之美”微结构摄影大赛开放报名

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉