Au(111)电极表面溴离子吸附诱导的表面应力的理论研究

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1、万方数据·74材料导报：研究篇2009年11月(下)第23卷第11期Au(111)电极表面溴离子吸附诱导的表面应力的理论研究*谢蓉，杨颥(安徽建筑工业学院材料与化学工程学院，合肥230022)摘要以Br一为例，应用格子气模型，建立了阴离子吸附层对Au(111)电极表面应力贡献的统计热力学理论，计算了吸附层Br一间的相互作用能及表面应力的贡献。计算结果表明，总的表面应力是压缩性的；在高覆盖度区域，表面应力与覆盖度近似呈直线关系；在表面吸附层应力的多种物理起源中，通过底物的分子间作用力有着决定性的贡献，揭示了分子的吸附能间接地起着重要作用。关键词表面应力分子间作用力阴离子吸附格子气模型T

2、heoreticalStudyonAdsorbate-inducedSurfaceStressofBromideMonolayeronAu(1l1)ElectrodeXIERong，YANGYong(SchoolofMaterialsScienceandChemicalEngineering，AnhuiInstituteofArchitectureandIndustry，Hefei230022)AbstractTakingBr—asanexample，thestatisticalthermodynamictheoryofsurfacestressofanionadsorptionmo

3、nolayeronAu(111)hasbeenestablishedusingthelatticegasmodelTheeffectivepairinteractionenergyandthe$1．1rfacestressinBr—adsorptionlayerattheAu(111)electrodesurfacehavebeencalculated．Thecalculatedresultsin-dicatethatthesurfacestressinBr-adsorptionlayerattheAu(111)electrodeiscompressive．Athighcoverag

4、e，thesurfacestressincreasedlinearlywithcoverage．Amongvariouscomponentsoftheadsorbate-adsorbateinteractionen-ergiesintheadsorptionlayer，thesubstrate-mediatedinteractionissignificantfortheadsorbate-inducedsurfacestress，whichshowsthatindirectcontributionoftheadsorptionenergyofBr—throughthesubstrat

5、e-mediatedinteractionisveryimportanLKeywordssurfacestress，intermoleeularinteractionenergy，anionadsorption，latticegasmodel0引言由于固体表面附近几个原子层内的原子处于不同于内部的环境[1]，其晶格常数也不同于内部。当洁净固体表面被同质或异质吸附原子覆盖时，将引起表面应力的改变，称之为吸附诱导的表面应力。吸附物的存在会在很大程度上修饰表面应力。近来在众多科学领域，表面吸附对底物表面应力影响问题的相关研究相当活跃【z-17

6、。在表面物理方面，吸附对底物表面应力的影响被认

7、为是固体表面重构的驱动力[2u6J。在薄膜材料中，吸附层对表面(界面)应力的影响对晶体外延、成核、断层等是至关重要的[6--10]。在超分子和生物化学方面，在界面上分子自组织和生物分子识别能够借助于吸附诱导的表面应力变化来研究[1卜”]。与此相关，原子力显微镜(AFM)、光学镊子和磁珠实验等在这方面的应用具有类似的物理依据[12’14]。在电化学的热力学研究方面，吸附层对表面应力的影响、固体电极表面应力的符号性质等问题曾引起长期争论[15

8、。最近，Ibach小组Ⅲ]关于表面应力一电极势曲线的实验进一步激发了这种争论[15]。关于吸附层对表面应力影响问题的解释虽然已有一些理论工作[2’

9、1”22]，但是没有一种理论能够统一自洽地解释主要实验事实，也没有一个严谨的系统表面应力理论[1⋯。目前，大多数有关表面应力的理论计算都集中于洁净表面的表面应力绝对值，与之相比，有关吸附诱导的表面应力变化的计算则很少[5七0’23]。对于Au(111)电极上卤素离子吸附层的电压缩现象，本课题组曾建立了一个统计热力学理论，能较好地解释有关实验结果[2引。本研究拟用类似的方法，以Br一为例建立阴离子吸附层对Au(111)电极表面应力贡献的统计热力学理论，具体计