二維材料與基底的界面相互作用導致了影響其電子特性的引人注目的表面刻面。在此，我們利用電子背向散射衍射和原子力顯微鏡定量研究了在石墨烯下的催化劑上觀察到的方向依賴的面狀拓撲結(jié)構(gòu)。原本平坦的催化劑表面轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€面：一個是低能量的低指數(shù)表面，如（111），另一個是鄰近的（高指數(shù)）表面。除了各向異性的界面能量，石墨烯應變在形成觀察到的拓撲結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵作用被分子模擬所揭示。這些見解適用于其他二維/三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
圖1. a) 使用掃描電子顯微鏡（SEM）在不同基底上合成石墨烯片后觀察到的刻面結(jié)構(gòu)。所有比例尺為1微米。 b) 刻面的示意圖。S1/Z代表襯底表面的晶體方向。左圖：有兩個面的單向結(jié)構(gòu)--S2和S3。右邊。有三個面的金字塔結(jié)構(gòu)--S2、S3和S4。
圖2. a）電子背散射衍射（EBSD）獲得的（323）銅表面的石墨烯薄片的SEM圖像。b) 原子力顯微鏡（AFM）沿著（a）中的箭頭得到的高度剖面。 c) AFM和樣品（EBSD）參考系統(tǒng)的示意圖。d) 樣品和晶體參考系統(tǒng)示意圖。 e) 單向刻面示意圖（2D）。f) 基于FOA的反極圖（IPF），顯示了（a）中圖像的S1（星）、S2和S3。
圖3. a, b) 從左到右。分析區(qū)域的SEM圖像；S1（紅色）、近似S2和S3（黑色）的米勒指數(shù)；3D AFM掃描（插圖）；標準IPF顏色方案中的S1（星）、S2和S3（圓）的IPF圖。使用透射電子顯微鏡（TEM）對各系統(tǒng)進行驗證，插圖。c) 左圖：兩個晶粒上的石墨烯的SEM圖像，顯示單向（晶界以上）和金字塔（晶界以下）；米勒指數(shù)，AFM掃描（插圖）和單向（中間）和金字塔面（右圖）的IPF圖。
圖4. a) 銅上石墨烯不同初步宏觀應變的分子靜力學模擬。S1=（323），S2=（111），S3從（11?1）到（323）跨列變化。行中表示石墨烯的宏觀應變，將其邊緣釘在單元上。框內(nèi)的單元格顯示最小應變的情況，而模擬單元格（i-vi）代表S3方向，對應于該特定釘住長度的最低總能量。松弛后的石墨烯應變是用顏色圖表示的。b-e）總能量，石墨烯和銅之間的Leonard-Jones（LJ）能量，石墨烯的應變能量和銅的總表面能量，每個S1長度，分別與每個銷釘長度的S3方向繪制。圖（b-e）中的下橫軸是（1x1）平面上的x，用上橫軸上的S1和S3之間的角度計算。
圖5. 應變（ε）積累的示意圖。情況1：由于生長溫度下的刻面，表面積的增加引起張力。情況2：生長后的冷卻由于熱不匹配而引起壓縮。案例3：石墨烯的應變狀態(tài)（拉伸/壓縮）是由于案例1和2的組合。
相關(guān)研究成果由伊利諾伊大學Sameh Tawfick 等人2023年發(fā)表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03911)上。原文：Strain-Driven Faceting of Graphene-Catalyst Interfaces。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
