二维材料与基底的界面相互作用导致了影响其电子特性的引人注目的表面刻面。在此，我们利用电子背向散射衍射和原子力显微镜定量研究了在石墨烯下的催化剂上观察到的方向依赖的面状拓扑结构。原本平坦的催化剂表面转变为两个面：一个是低能量的低指数表面，如（111），另一个是邻近的（高指数）表面。除了各向异性的界面能量，石墨烯应变在形成观察到的拓扑结构中的关键作用被分子模拟所揭示。这些见解适用于其他二维/三维异质结构。
 
图1. a) 使用扫描电子显微镜（SEM）在不同基底上合成石墨烯片后观察到的刻面结构。所有比例尺为1微米。 b) 刻面的示意图。S1/Z代表衬底表面的晶体方向。左图：有两个面的单向结构--S2和S3。右边。有三个面的金字塔结构--S2、S3和S4。
 
图2. a）电子背散射衍射（EBSD）获得的（323）铜表面的石墨烯薄片的SEM图像。b) 原子力显微镜（AFM）沿着（a）中的箭头得到的高度剖面。 c) AFM和样品（EBSD）参考系统的示意图。d) 样品和晶体参考系统示意图。 e) 单向刻面示意图（2D）。f) 基于FOA的反极图（IPF），显示了（a）中图像的S1（星）、S2和S3。
 
图3. a, b) 从左到右。分析区域的SEM图像；S1（红色）、近似S2和S3（黑色）的米勒指数；3D AFM扫描（插图）；标准IPF颜色方案中的S1（星）、S2和S3（圆）的IPF图。使用透射电子显微镜（TEM）对各系统进行验证，插图。c) 左图：两个晶粒上的石墨烯的SEM图像，显示单向（晶界以上）和金字塔（晶界以下）；米勒指数，AFM扫描（插图）和单向（中间）和金字塔面（右图）的IPF图。
 
图4. a) 铜上石墨烯不同初步宏观应变的分子静力学模拟。S1=（323），S2=（111），S3从（11̅1）到（323）跨列变化。行中表示石墨烯的宏观应变，将其边缘钉在单元上。框内的单元格显示最小应变的情况，而模拟单元格（i-vi）代表S3方向，对应于该特定钉住长度的最低总能量。松弛后的石墨烯应变是用颜色图表示的。b-e）总能量，石墨烯和铜之间的Leonard-Jones（LJ）能量，石墨烯的应变能量和铜的总表面能量，每个S1长度，分别与每个销钉长度的S3方向绘制。图（b-e）中的下横轴是（1x1）平面上的x，用上横轴上的S1和S3之间的角度计算。
 
图5. 应变（ε）积累的示意图。情况1：由于生长温度下的刻面，表面积的增加引起张力。情况2：生长后的冷却由于热不匹配而引起压缩。案例3：石墨烯的应变状态（拉伸/压缩）是由于案例1和2的组合。
 
      相关研究成果由伊利诺伊大学Sameh Tawfick 等人2023年发表在Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03911)上。原文：Strain-Driven Faceting of Graphene-Catalyst Interfaces。

转自《石墨烯研究》公众号