引入应力的锐钛矿TiO2（001）薄膜的外延生长

论文摘要

锐钛矿TiO2（001）（anataseTiO2（001）,简记为ATO）表面因其优异的催化活性受到了广泛的关注。理论计算结果表明,ATO表面应力导致的晶格畸变可能会增强该表面的催化活性。因此有必要研究应力对ATO表面结构的影响。本文利用BaTiO3（001）（简记为BTO）与ATO之间存在较大的晶格失配度,将ATO薄膜外延生长在BTO衬底上从而引入应力,研究了存在应力情况下的ATO薄膜的结构特征。实验中,利用脉冲激光沉积方法在Nb掺杂的SrTi O3（001）（简记为STO）单晶衬底上制备了ATO/BTO/STO外延薄膜。X射线衍射（XRD）和扫描透射电子显微术（STEM）结果表明,作为应力引入层的BTO薄膜厚度约为4–6nm时,能够部分地将应力引入到ATO薄膜中。X射线光电子能谱（XPS）结果显示,ATO薄膜合适的厚度应大于15 nm,从而降低从衬底反向扩散至表面的Sr和Ba原子的浓度;Ti 2p的高分辨XPS谱仅呈现出Ti4+峰,表明ATO表面Ti原子为完全氧化的价态。ATO外延薄膜表面的扫描隧道显微术（STM）图像仍然呈现为（1×4）重构的结构,但在（1×4）重构的脊上存在明暗交替并具有一定周期性的特征。根据完全氧化的"增氧原子模型"（ad-oxygen model,AOM）,脊上观察到的明暗交替特征可归因于表面应力导致的"TiO2"空位缺陷结构。

论文目录

• 1 引言
• 2 实验部分
•   2.1 薄膜制备方法
•     2.1.1 STO单晶衬底的处理
•     2.1.2 BTO薄膜的制备
•     2.1.3 ATO薄膜的制备
•   2.2 薄膜表征方法
• 3 结果与讨论
•   3.1 BTO薄膜的XRD表征
•   3.2 ATO薄膜的横截面结构表征
•   3.3 ATO单晶薄膜的XRD表征
•   3.4 ATO薄膜表面的元素和价态
•   3.5 ATO薄膜表面形貌的STM表征
•   3.6 ATO（1×4）重构脊上的周期结构模型
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 王明越,谭世倞,崔雪峰,王兵

关键词: 锐钛矿,薄膜,扫描隧道显微术,表面重构,表面应力

来源: 物理化学学报 2019年12期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 材料科学,工业通用技术及设备

单位: 中国科学技术大学物理系合肥微尺度物质科学国家研究中心

基金: 国家重点研发计划(2016YFA0200603),国家自然科学基金(21573207)资助项目~~

分类号: TB383.2

页码: 1412-1421

总页数: 10

文件大小: 1780K

下载量: 74