合肥光源用户在一维碳材料制备及形成机理研究取得重要进展
时间 : 2016-07-14     

随着富勒烯、碳纳米管和石墨烯等新兴碳材料的陆续发现,以及它们随后所展现的许多新颖奇特的物理化学性能及其广泛应用,碳材料一直以来都是学术界的研究热点。卡拜(即线型碳),是碳的另一种新型同素异形体,是由单个碳原子形成的一维纯碳链结构,被理论预测具有非常优异的物理化学性能,如室温超导性、可能是最硬的已知材料等。 

同济大学材料科学与工程学院的许维教授课题组通过表面原位化学合成方法,在超高真空环境下将乙炔分子沉积到金属单晶铜(110)表面,首次制备出一种一维金属化碳材料,在单原子碳链内均匀混入铜原子形成[铜-碳-碳]结构单元([-Cu-C-C-]n),即金属化卡拜。通过超高真空扫描隧道显微镜(UHV-STM)、原子力显微镜(nc-AFM)高分辨成像手段以及密度泛函理论(DFT)计算,在原子尺度实空间观察铜基金属卡拜的结构及形成过程。同时,在合肥光源催化与表面科学实验站(BL11U)开展了原位实验,结合高分辨同步辐射光电子能谱(SRPES)测试了在单晶铜表面制备出的一维金属化碳材料的化学组成和电子结构,为揭示了铜基金属卡拜的结构及形成机理提供了有力的证据。相关成果“Bottom-Up Synthesis of Metalated Carbyne”发表在J. Am. Chem. Soc. (2016, 138, 1106−1109, DOI: 10.1021/jacs.5b10725)。   

  铜基金属卡拜原位生长示意图,高分辨STM图像以及 C 1s的SRPES谱图

合肥光源催化与表面科学实验站是一个具有特色的位于真空紫外兼部分软X 射线波段的高分辨同步辐射光电子能谱实验站,光子能量覆盖范围20eV~600eV,能量分辨率可达10000,光通量>5×1010。该站配备了VG Scienta R4000电子能量分析器、单色X 射线源以及超高真空样品制备室,可以进行样品原位制备和处理,为开展纳米材料以及催化体系的电子结构和催化反应机理研究等提供一个强大的研究平台。

(合肥光源提供)