有序ZrO2(111)薄膜在Pt(111)表面的生长机制与特性

有序ZrO2(111)薄膜在Pt(111)表面的外延生长是一项前沿科研工作，由高艳、张亮、潘永和、王国栋、许杨和张文华等人在中国科学技术大学国家同步辐射实验室进行研究。该研究主要利用了低能电子衍射（LEED）、同步辐射光发射谱（SRPES）和X射线光电子能谱（XPS）等高级分析技术来探讨ZrO2薄膜在铂（111）单晶表面的生长行为。 首先，通过在氧气气氛下在Pt(111)表面蒸发金属Zr，并随后进行薄膜表面的退火处理，成功制备出了有序ZrO2薄膜。研究发现，薄膜生长初期表现出不连续的低维度岛状结构，岛的尺寸和结构与薄膜的厚度密切相关。在覆盖度较低（小于0.5个单层ML）时，观察到了(1×1)R23.4°和(5×5)两种结构并存。随着薄膜覆盖度的增加，(1×1)R23.4°结构的长程有序性增强，而(5×5)结构逐渐消失。 当覆盖度达到6单层ML以上时，形成了连续的ZrO2(111)薄膜，表现出ZrO2(111)-(1x1)和(2x2)的LEED衍射模式。这种有序ZrO2薄膜对于理解体相ZrO2的表面特性提供了宝贵的研究模型，因为体相ZrO2由于其宽禁带和绝缘性，通常难以直接进行表面科学研究。 这项工作的重要性在于它克服了体相ZrO2导电性弱带来的研究挑战，通过在金属单晶衬底上实现有序薄膜生长，能够深入研究ZrO2表面与催化剂之间的相互作用以及在催化反应中的作用机理。先前的研究已经报道了ZrO2薄膜在其他单晶表面如Au(111)、Cu(111)、Ag(100)和Pt(111)上的生长，但这个研究更专注于Pt(111)表面，为未来在催化剂负载和催化性能优化方面的研究奠定了基础。 有序ZrO2(111)薄膜在Pt(111)表面的外延生长研究，不仅提升了我们对ZrO2薄膜生长机制的理解，也为探索其在催化领域应用提供了新的可能性，具有重要的理论和实际意义。