SZTE TTIK Kmiai Intzet MTASZTE Reakcikinetikai s Felletkmiai

SZTE TTIK Kémiai Intézet MTA-SZTE Reakciókinetikai és Felületkémiai Kutatócsoport Berkó András, Óvári László, Gubó Richárd, Vári Gábor, Juhász A. Imre, Farkas P. Arnold, Kónya Zoltán Au. Rh felületi ötvözet képződése tiszta és h-BN filmmel borított Rh(111) felületen: STM, HREELS, XPS és LEIS vizsgálatok Atomi vastagságú hordozott nanorétegek korábban is jól ismerten fontosak voltak a heterogén (foto-) katalízis, az optoelektronika, a nanoszenzorika, a spintronika és a általában a nanoelektronika területén: 3 D - t ö m b molekuláris adszorbeált rétegek – felületi kémiai reakciók (heterogén katalízis, nanoelektronika) atomi fémfilmek fémeken – kétfémes nanorendszerek (spintronika, katalízis) ultravékony oxid rétegek fémeken – oxid-fém határátmenetek (nanoelektronika, fotokatalízis) Újabban a különböző önhordó 2 D-nanofilmek (grafén, bór-nitrid, kalcogenidek, stb) egyre szélesebb körű szintetizálása jelentős kutatási területet és új lehetőségeket nyitott a fenti témákban. Magyar Fizikus Vándorgyűlés 2016 – Szeged 2016 augusztus 24 -27

h-BN háromdimenziós (3 D) és kétdimeniziós (2 D) formában szerkezet, előállítás A 2 D anyagok a 3 D fázisban is réteges szerkezetet mutatnak és ezért jól exfóliázhatók, ugyanakkor, általában könnyen előállíthatók atomi komponenseikből kémiai rétegleválasztási (CVD) technikákkal, mint például a grafén réz-egykristályfelületeken szénhidrogének bontásával. a BN réteg kialakítására borazin (h. BNH)3 lehet prekurzor CVD a tömbi BN szerkezete Ni(111) felületen növesztve STM, AES, MS (XPS, LEIS, HREELS) Magyar Fizikus Vándorgyűlés 2016 – Szeged 2016 augusztus 24 -27

Rh(111) felületen Au atomi réteg heteroepitaxia rácsállandó különbség moiré szerkezet (kivéve, ha pszeudomorf) a periodicitás növekedési faktora N = ra / |ra – rb| atomi felbontás fémfelületen Rh lépcső magasság 0. 22 nm Rh(111) felületre különböző hőmérsékleteken párologtatott Au (~0. 2 MR) Rh – Rh 0. 269 nm Au – Au 0. 289 nm a Rh(111) felületen az Au pszeudomorf 2 D módon nő Frank - van der Merwe a felületérzékeny LEIS mérések a felületi Au mennyiségben nem mutatnak változást vagyis az atomi Rh teraszok Au-val egyenletesen ötvözött Rh felületet mutatnak kb. 600 K felett Au nanolapkák magasság a 0. 28 nm Magyar Fizikus Vándorgyűlés 2016 – Szeged 2016 augusztus 24 -27

rendezett 2 D nanodomének (2 - 3 nm átmérő) Au-Rh felületi ötvözet - (2 x 1) rendezettség (pszeudomorf) Rh(111) kb. 1 monoréteg Au párologtatás + fűtés 1100 K-en konstans áramú || konstans magasságú - STM képek a kb. 3 -4 nm-es világos csíkok magassága csak kb 0. 06 -0. 08 nm a CO adszorpció HREELS mérések megerősítették az ötvöződési modellt Magyar Fizikus Vándorgyűlés 2016 – Szeged 2016 augusztus 24 -27

a „klasszikustól eltérő” moiré szerkezet alakulhat ki hordozott atomi film esetén különleges pórusos szerkezet h-BN / Rh(111) felületen rácsállandók: Rh - 2, 69 nm; BN: 2, 52 nm - az N atomok jelentősen eltérő kémiai kötése „top” és „bridge” pozícióban 100 x 100 nm 2 50 x 50 nm 2 15 x 15 nm 2 előállítás: 1000 K minta-hőmérséklet 10 -5 Pa borazin 10 perc teljes fedettség szerkezet: pórus átmérő ~ 2 nm hex. periódus ~3. 2 nm z-változás ~ 0. 1 nm hibahelyek a lépcsőknél elektronikai érzékenység jellemző leképezési paraméterek bias : -2 V ; áram : 1 n. A; konstans áram üzemmód; különböző képek (azonos méret 20 nm x 20 nm) Magyar Fizikus Vándorgyűlés 2016 – Szeged 2016 augusztus 24 -27

Au párologtatás (kb. 0. 25 monoréteg) a Rh(111) felületen hordozott h-BN hálóra 400 K-en + felfűtés (5 perc) különböző hőmérsékletekre 400 K 500 K 700 K Morfológiai jellegzetességek: kimutattuk, hogy 400 K-en a h-BN/Rh(111) felületen az Au atomok megtapadásának valószínűsége kb. 4 –szer kisebb, mint tiszta Rh(111) felületen; Au nanorészecske a pórusokban és közöttük is jelen van (gyenge a templáthatás); 2 D növekedés már 400 K is jellemző, de magasabb hőmérsékleteken még inkább; a képek mérete: 50 nm x 50 nm 900 K a h-BN háló befolyásolja a részecskék körvonalát , lassítja szinterelődésüket; átlagos pórus-távolság tiszta Rh(111) - 3. 27 nm Au 20 Rh 80(111) - 3. 15 nm 700 K-en már a részecskék fedőlapján is látszik a háló, tehát az Au interkalációja és ötvöződése végbement. átlagos pórus-átmérő tiszta Rh(111) - 1. 95 nm Au 20 Rh 80(111) - 1. 41 nm 1000 K 1100 K a képek mérete: 15 nm x 15 nm Magyar Fizikus Vándorgyűlés 2016 – Szeged 2016 augusztus 24 -27

Újabb Au párologtatás (ismét kb. 0. 25 monoréteg) 400 K-en az előbb bemutatott kétfémes Au 20 Rh 80(111) felületen hordozott h-BN hálóra + felfűtés (5 perc) különböző hőmérsékletekre 400 K 700 K 900 K 1100 K az STM képek mérete 50 nm x 50 nm MEGÁLLAPÍTÁSOK - a h-BN film pórusossága kitűnően jelzi az ötvöződött Au felületi eloszlását: több Au található az adkrisztallitokban és a terasz széleken; - megállapítható, hogy kb. 50 % os Au-Rh felületi ötvözet kialakításával (1100 K-en) már teljesen eltűntethető a pórus szerkezet és az Au egyenletesen oszlik el; - az Au ötvözésével a Rh-hoz részben erősen kötött h-BN film elektronikai szerkezete is várhatóan lényegesen megváltozik és létrejön egy ún. „free standing” állapot; - kimutattuk, hogy ez utóbbi állapotban a deponált további Au diffúziós szabadúthossza lényegesen nagyobb, mint a pórusos h-BN filmen és a Rh teraszélek közelében jelentősen csökken a diffúziós gát; Magyar Fizikus Vándorgyűlés 2016 – Szeged 2016 augusztus 24 -27

MTA-SZTE Reakciókinetikai és Felületkémiai Kutatócsoport Magyar Tudományos Akadémia Szegedi Tudományegyetem TTIK Kémiai Intézet Köszönetem a társszerzőknek és köszönöm az Önök figyelmét ! Prof. Kónya Zoltán Dr. Óvári László Gubó Richárd Vári Gábor Juhász A. Imre Dr. Farkas P. Arnold Magyar Fizikus Vándorgyűlés 2016 – Szeged 2016 augusztus 24 -27