Formation of Graphene on Gold–Nickel Surface Alloys

石墨烯 金合金 化学 冶金 纳米技术 材料科学 合金 有机化学
作者
Jeongjin Kim,Santosh Kumar Singh,Qing Liu,Christopher Leon,S. T. Ceyer
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (11): 6299-6309
标识
DOI:10.1021/jacs.2c13205
摘要

Nickel (Ni)-catalyzed growth of a single- or rotated-graphene layer is a well-established process above 800 K. In this report, a Au-catalyzed, low-temperature, and facile route at 500 K for graphene formation is described. The substantially lower temperature is enabled by the presence of a surface alloy of Au atoms embedded within Ni(111), which catalyzes the outward segregation of carbon atoms buried in the Ni bulk at temperatures as low as 400–450 K. The resulting surface-bound carbon in turn coalesces into graphene above 450–500 K. Control experiments on a Ni(111) surface show no evidence of carbon segregation or graphene formation at these temperatures. Graphene is identified by its out-of-plane optical phonon mode at 750 cm–1 and its longitudinal/transverse optical phonon modes at 1470 cm–1 while surface carbon is identified by its C–Ni stretch mode at 540 cm–1, as probed by high-resolution electron energy-loss spectroscopy. Dispersion measurements of the phonon modes confirm the presence of graphene. Graphene formation is observed to be maximum at 0.4 ML Au coverage. The results of these systematic molecular-level investigations open the door to graphene synthesis at the low temperatures required for integration with complementary metal-oxide-semiconductor processes.
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