イメージング化学吸着プロセス
低温では、分子は弱い力によってのみ表面に吸着し(物理吸着)、加熱してエネルギー障壁を克服するとのみ強い共有結合を形成する(化学吸着)。 Huberら。 一酸化炭素分子で終わる原子間力顕微鏡の先端のためのこの転移をイメージしました。 先端の酸素原子は通常、希ガス原子のように作用すると考えられているが、遷移金属原子の真上の短い距離では、ファンデルワールス相互作用を介してのみ相互作用するが、強く相互作用する化学吸着状態に遷移する。
科学、本号p. 235
概要
表面分子は、エネルギー障壁を克服することにより、弱いファンデルワールス力を介して物理吸着から強く結合した化学吸着状態に移行することができます。 原子間力顕微鏡の先端に吸着した一酸化炭素(C O)分子は,物理吸着から化学吸着へのポテンシャル遷移を含む結合形成の制御された観察を可能にすることを示した。 Cu(111)表面上の銅(Cu)と鉄(Fe)吸着原子のイメージング中に、COは化学的に不活性ではなかったが、化学吸着グローバル最小値に物理吸着局所エネルギー最小値を通 密度汎関数理論は、遷移が化学結合につながる、FeとCu吸着原子のs-、pz-、およびdz2型状態と主にCO分子の電子状態のハイブリダイゼーションを介して
物理学者リチャード—ファインマンは、”…すべてのものは原子でできています-永遠の動きで動き回り、少し離れているときはお互いを引き付けますが、お互いに圧迫されると反発します”(1)という文は、科学的知識に関する最も少ない言葉で最も多くの情報を含んでいます。 この引用は化学結合の重要な特徴を捉えていますが、微妙な合併症は本質的に発生します。 1932年、Lennard-Jonesは、分子が2つの方法で表面に結合することができることを記述しました:ファンデルワールス(vdW)引力(物理吸着)によって誘導される弱い結合と、より小さな距離のために、より強い化学結合(化学吸着)。 いくつかの場合において、これらの2つの結合様式は、エネルギー障壁によって分割され、障壁の高さに応じて、遷移が起こり得る。 全体的に、3つの異なるボンディングシナリオが進化することができます(3、4):
1)図のポテンシャルエネルギー V対距離z曲線で示すように、深さ≤20meV(0.46kcal/mol)の弱い物理結合(vdW結合)が形成される。 力曲線Fz(z)と、それに対応する力曲線Fz(z)とを図1aに示す。 1dは最大引力(5)を10pNオーダーで持つ。 X Eのような2つの希ガス原子の相互作用は、そのような相互作用の一例である。
(AからC)弱い物理結合、強い化学結合、および物理吸着から化学吸着への遷移を伴う結合について、概略的なポテンシャルエネルギー Vおよび(DからF)垂直力Fz対距離z曲線。 (C)と(F)の色付き曲線は、バリアの高さによって異なる四つの異なるケースを示しています。 反発エネルギー障壁が存在する場合(すなわち、黒の曲線で示されるように、物理吸着と化学吸着の間の領域にV>0)、吸着物は物理吸着状態に達するだけ 非常に低いエネルギー障壁(緑色の曲線)の場合、吸着剤を化学吸着状態にするのに熱励起で十分であり、赤色および青色の曲線の場合、吸着剤は直ちに化学 (G to I)共終端チップと(G)Si吸着原子(24)、(H)Cu吸着原子、および(I)Cu(111)上のFe吸着原子との間の様々な結合を示す実験力対距離曲線。 (I)に対応する電位エネルギー曲線を図1 0に示す。 S10…
2) 図に示す電子ボルトのオーダーのエネルギーを持つ強い化学結合の形成。 図1Bに示すように、ここで引力(図。 図1E)はナノニュートンに達し、10pNオーダーの常に存在するvdW力をマスクし、その後に小さなzでの反発が続きます。 …