Ir(100)-(1×1)表面CO吸附结构的低覆盖与高覆盖相研究：STM、LEED与HRCLS多技术联用解析

本研究通过扫描隧道显微镜(STM)、低能电子衍射(LEED)和高分辨芯能级光谱(HRCLS)技术，系统解析了CO在Ir(100)-(1×1)表面的低覆盖(0.5 ML)c(2×2)与高覆盖(0.83 ML)c(6×2)吸附结构，首次揭示了CO在桥位与顶位的协同吸附机制，为过渡金属催化剂的表面化学调控提供了原子尺度依据。

　　

过渡金属表面的一氧化碳(CO)吸附行为是理解多相催化反应机理的关键。尽管铂(Pt)族金属的CO吸附研究已较为深入，但其同族元素铱(Ir)的表面化学特性仍存在显著知识空白。特别是Ir(100)-(1×1)这一重要晶面，早期研究仅通过低能电子衍射(LEED)和密度泛函理论(DFT)推测其低覆盖相结构，而高覆盖相的吸附构型与电子态特征长期缺乏实验证据。针对这一挑战，瑞典隆德大学和MAX IV实验室的研究团队采用多尺度表征技术，首次完整揭示了CO在Ir(100)-(1×1)表面从单分子层到高密度吸附的相变规律，相关成果发表于《Surface Science》。

研究团队主要运用三种尖端技术：同步辐射高分辨芯能级光谱(HRCLS)用于区分CO分子在顶位(atop)与桥位(bridge)的电子态差异；扫描隧道显微镜(STM)实现表面吸附位点的原子级成像；低能电子衍射(LEED)则用于确定长程有序结构。所有实验均在超高真空(UHV, 10^?10
mbar)条件下完成，样品通过氩离子溅射与退火循环制备。

氧诱导Ir(100)-(5×1)表面重构
研究首先发现氧暴露可破坏Ir(100)-(5×1)的本征重构，形成亚稳态(1×1)表面。HRCLS数据显示Ir 4f_7/2
表面组分(Ir_S
)结合能比体相(Ir_B
)低0.77 eV，为后续CO吸附研究奠定基底。

低覆盖c(2×2)-CO相
在0.5 ML覆盖度下，LEED显示清晰的c(2×2)衍射图案。Ir 4f_7/2
谱中新增+0.7 eV化学位移峰，对应CO顶位吸附导致的表面电子重排。STM证实CO分子仅占据Ir原子顶位，与DFT预测一致。

高覆盖c(6×2)-CO相
当覆盖度增至0.83 ML（1 mbar CO暴露600秒），出现新颖的c(6×2)超结构。HRCLS的C 1s和O 1s谱解析出两类吸附位点：桥位CO引起Ir_S
组分+0.5 eV位移，顶位CO则产生+0.7 eV位移。STM图像显示CO分子在桥位与顶位形成有序阵列，每晶胞含6个桥位(黑色)和2个顶位(绿色)分子。

这项研究首次通过实验证实了CO在Ir(100)-(1×1)表面存在覆盖度依赖的吸附位点切换机制。低覆盖时CO优先占据顶位形成简单c(2×2)相，而高覆盖下通过引入桥位吸附实现更高密度的c(6×2)排列。HRCLS数据不仅验证了吸附构型，还揭示了不同位点CO的电子耦合效应。该成果为设计高效Ir基催化剂提供了表面结构模板，特别是揭示了在高压反应条件下可能出现的复杂吸附相变。研究团队特别指出，这种覆盖度诱导的位点竞争现象可能普遍存在于其他fcc(面心立方)金属表面，为理解实际催化反应中的压力-结构-活性关系开辟了新视角。