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1、CuAg纳米结构表面共存和Ag表面对甘氨酸的新吸附行为第53卷第10期2004年10月1000—329012004153(10)13447—06物理ACTAPHYSICASINICAVo1.53,No.10,October,2004⑥2004Chin.Phys.Soc.CuAg纳米结构表面共存和Ag表面对甘氨酸的新吸附行为*葛四平朱星杨威生(北京大学物理学院,人工微结构与介观物理国家重点实验室,北京100871)(2003年11月17日收到;2004年1月2日收到修改稿)在异质纳米结构表面发生的
2、新现象是当前研究的热点.最近发现,尽管甘氨酸在纯Ag表面只能作物理吸附,蒸镀在cu表面的单层鲰岛却能在cu的帮助下,出现对甘氨酸作化学吸附的能力,这种现象是溢流效应的一种反映.蒸镀在他表面的cu岛也能帮助附近裸露的Ag表面获得化学吸附甘氨酸的能力,虽然这里已不是单原子层的银了.结果说明这种溢流现象来源于CuAg在表面的纳米结构共存,而不只是这种共存的某个结构所特有的.但是,由于cu的表面能大于鲰,所以即使是在室温下,cu岛也会逐渐地被一单层Ag原子完全覆盖,从而失去溢流的能力.这说明要利用异质纳
3、米结构系统的新的物质特性时,必须而且也有可能选择其中具有长期稳定性的结构.关键词:溢流,甘氨酸,Cu,Ag(111)PACC:6116P,6114H,68201.引言一段时期以来,人们对在异质纳米结构表面发生的新现象产生了浓厚的兴趣,对这个问题的透彻了解将会推动催化剂,电化学,微电子和材料科学的进展….例如在Au(111)上Pd原子的聚集体表现出同体块材料完全不同的化学性质.Pd的单聚体对CO的吸附非常有效,而对H完全没有吸附作用,但Pd的双聚体或多聚体则可以很好地吸附H.再例如一种金属吸附在另
4、一种金属表面,两者的电子状态会被扰动,成键电子将向价带中空态比例大的一方移动,这种行为同在金属合金中观察到的情况完全不同.另一方面,生物有机分子在金属表面的吸附行为也备受关注.氨基酸是构成蛋白质的基本单元,其在金属表面的吸附行为给人们提供了研究蛋白质同金属相互作用的简单模型.在氨基酸在金属表面吸附方面,Zhao等人发现,虽然甘氨酸在纯鲰表面只能被物理吸附,却会在蒸镀在Cu(001)或Cu(111)表面的岛上化学吸附,条件是Cu表面未被完全覆盖.他们还指出了这种新化学特性的机理:1)Cu表面能使甘
5、氨酸脱H离子而成为负离子并将其化学吸附;2)虽然鲰表面也能对甘氨酸负离子作化学吸附,却没有能力使甘氨酸脱H离子成为负离子;3)甘氨酸在CuAg纳米共存的表面的Cu上被脱H离子成为负离子后会溢流(spillover),即转移到附近的层上并被化学吸附.考虑到在室温下在Cu(001)和Cu(111)表面都是层状生长,当有Cu外露时岛必定是单层的,因此他们研究的体系只能说明转移到单层上的甘氨酸的吸附特性.为说明这种新化学特性是CuAg纳米共存体系的共性,而不是这种体系中的一个特别结构的个性,本文用扫描隧
6、道显微镜(STM)和低能电子衍射(LEED)方法,研究将Cu蒸镀到A暑(111)表面的生长过程,不同CuAg纳米结构共存结构的稳定性,以及甘氨酸负离子从Cu岛表面转移到体块的裸露表面后的吸附特性.'2.实验实验是在一套自行研制的uHV.SEM.STM.LEED.AES系统中进行的.该系统中有可以联合工作的SEM和STM,以及LEED和AES,并且装在超高真空系统中.该系统的详细情况已有专文介绍J.本次实验只使到用其中的STM和LEED部分.STM系本实验室自制,LEED则由Riber制造,但样品
7、架经国家973项目(批准号:001CB610504)和国家自然科学基金(批准号:10134030)资助的课题tE—mail:zhuxing@pku.edu.cn物理53卷过适当改造.STM和LEED所处的真空室背景压强优于8×10一Pa.STM所用的针尖是用直径为0.5mm的w丝在NaOH的溶液中经过电化学腐蚀的办法得到.实验时针尖接地,偏压加在样品上.STM工作在恒流模式下,扫描速率为20--200nm/s.STM图分直流和交流两种模式:直流图中的亮度与样品的高低相对应,亮的地方样品高,暗的地
8、方样品低;交流图中的亮度与样品的空间斜率相对应,亮的地方对应正斜率(上坡),暗的地方对应负斜率(下坡).除非特别的说明,样品的制备和观察都在室温下进行.所用的Ag(111)表面是在实验系统中用在云母上蒸镀他的办法获得.这种制备金属(111)表面的方法和用单晶相比具有以下几个优点:一是成本低;二是省去放人真空系统以前的定向和抛光以及放人真空系统后的多轮Ar离子轰击;三是在适当的制备条件下容易得到台阶密度很小的原子级平坦的平面.因此,这种方法获得了广泛的应用,例如Au(111)],Ag(111)],
