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氧化物及其薄膜表面的吸附体系在电化学、催化等方向具有重要意义。通过利用扫描隧道显微镜这种具有原子级的分辨率、实空间的原位探测乃至操纵能力的科学研究工具,对氧化物及其薄膜表面的研究开辟了新的途径和空间。其中的极性氧化物又是一类很独特的材料。本文就是利用超高真空低温扫描隧道显微镜(UHV LT-STM)对极性氧化物纳米结构表面的水分子的吸附行为进行了研究。
第一章是论文工作的基础,主要介绍金属氧化物表面及氧化物膜的研究进展,以及扫描隧道显微镜的基本背景,并结合前人工作,主要举例介绍了STM及其相关技术在研究氧化物薄膜表面及其吸附方面的应用。
第二章主要介绍了极性氧化物薄膜FeO(1ll)/Pt(111)的研究背景,并给出了实验样品Pt(lll)上FeO纳米岛的制备和表征结果,是后续实验工作的基础。FeO(111)/Pt(lll)薄膜具有非常特殊的原子堆垛结构和电子性质,诸如极性调制的周期性表面势、由Kondo效应引起的局域零偏压异常、以及利用其表面周期性的起伏、表面势的周期性变化来成为控制吸附物空间分布的衬底材料等等。
第三章是本论文的重点,本章我们主要利用UHV LT-STM原子级分辨以及原位观测的表征手段对H20分子在Pt(lll)上FeO纳米岛表面的吸附行为进行研究。H20分子的吸附主要分为室温下和低温原位吸附两种情况。实验观测到了FeO(111)纳米岛表面水分子自发的分解为羟基。基于STM形貌图,结合我们给出的FeO纳米岛的结构模型,水分子的分解归因于位于纳米岛边缘的未饱和配位的Fe原子。分解的产物可以在FeO岛面上迁移,形成表面羟基。并且,在室温下表面羟基可以通过再结合脱附,在FeO岛面上产生氧空位。水分子在80K的低温下也可以发生分解。