《Surface Science》：Oxygen Adsorption of Two-Dimensional Copper Boride on Cu(111) Studied by X-ray Photoelectron Spectroscopy
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摘要最近报道的一种二维硼-铜（Cu–B）相Cu(111)/√73?×?√39–B表面具有交替排列的Z字形Cu和B原子链。本文利用基于同步辐射的X射线光电子能谱（XPS）研究了该表面在氧气和原子氢作用下的化学反应性。这种有序的Cu–B相表现出较高的抗氧化性，而硼的氧化主要局限于结构
摘要
最近报道的一种二维硼-铜（Cu–B）相Cu(111)/√73?×?√39–B表面具有交替排列的Z字形Cu和B原子链。本文利用基于同步辐射的X射线光电子能谱（XPS）研究了该表面在氧气和原子氢作用下的化学反应性。这种有序的Cu–B相表现出较高的抗氧化性，而硼的氧化主要局限于结构不均匀的区域，如台阶边缘、晶界和缺陷。这种局限性的氧化行为与高浓度氧气环境下硼烯覆盖层和裸露Cu(111)表面的氧化行为不同，表明在这种条件下Cu–B链结构的抗氧化性得到了增强。随后在原子氢的作用下，这些氧化的硼物种被选择性转化为羟基化形式。因此，Cu(111)/√73?×?√39–B表面提供了一个具有局部可调反应性的稳定平台。本研究为二维材料的表面化学性质和功能化提供了见解。
节选内容
引言
表面具有独特的物质状态，其在原子配位、电子结构和化学反应性方面与体材料有显著差异。理想情况下，表面是一个位于半无限基底上的二维（2D）系统。然而，实际表面结构复杂且不均匀，包含台阶和原子缺陷等结构特征，这些都在决定表面性质中起着重要作用。
实验
本研究使用了一种单晶Cu(111)基底（尺寸为4 mm?×?4 mm?×?1.5 mm，SPL Materials公司提供）。表面通过重复的Ar+离子溅射和退火处理进行清洁。Ar+离子溅射在500 eV的能量下进行，气氛压力为5.0?×?10?6 Torr，持续时间为20分钟；每次退火处理在600°C下进行20分钟。
硼是通过电子束蒸发器（EFM 3，Focus GmbH公司提供）沉积的。沉积过程中基底温度保持在500°C。
结果与讨论
为了研究表面氧化的进程，我们在不同氧气浓度下记录了Cu(111)/√73?×?√39–B表面的XPS谱图（见图2）。在B 1s核心能级区域（图2a和b），观察到一个位于187.7 eV的峰值，该峰归属于结构模型（图1a）中的硼链[11,12]。该化合物的结合能低于体材料的硼，这可以归因于周围Cu原子向硼的电子捐赠。
结论
本研究表明，Cu(111)/√73?×?√39–B表面的氧化反应强烈依赖于局部表面结构。XPS测量结果显示，有序的Cu(111)/√73?×?√39–B相在氧气作用下基本保持惰性，只有在与结构不连续的区域（如台阶边缘、晶界和缺陷）处才会形成氧化的硼物种。在原子氢的作用下，这些氧化物种随后被还原为羟基化硼物种。
CRediT作者声明
樱井晴人：概念提出、方法设计、实验研究、数据分析、撰写——初稿。
辻川幸树：概念提出、实验研究、监督指导、撰写——审阅与编辑。
山口和树：实验研究。
小泽健一：实验研究（在KEK的光子工厂BL-13B线进行XPS测量）、资源协调（包括光束线支持）。
堀尾雅文：监督指导。
松田巌夫：概念提出、资金申请、项目管理、监督指导、撰写——审阅与编辑。
资助
本研究得到了JSPS KAKENHI [项目编号JP21H05012, JP25H00419]、JST CREST [项目编号JPMJCR21O4]和JST ASPIRE [项目编号JPMJAP2410]的资助。
数据获取
CRediT作者贡献声明
樱井晴人：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、数据可视化、方法设计、数据分析、概念提出。辻川幸树：撰写——审阅与编辑、监督指导、实验研究、概念提出。山口和树：实验研究。小泽健一：资源协调、实验研究。堀尾雅文：监督指导、撰写——审阅与编辑、项目管理、资金申请。松田巌夫：撰写——审阅与编辑、监督指导、项目管理、资金申请、概念提出。
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。
XPS实验是在KEK的光子工厂BL-13光束线（提案编号2023MP-E003）上进行的。我们衷心感谢巴黎索邦大学纳米科学研究所的Marie D’Angelo教授在实验过程中所提供的宝贵帮助。
樱井晴人|辻川幸树|山口和树|小泽健一|堀尾雅文|松田巌夫
东京大学固体物理研究所，日本千叶县柏市277-8581
