单原子合金中活性位点形成机制
材料科学
2025-12-01 v1 化学物理
摘要
嵌入惰性宿主金属表面的活性位点定义了单原子合金(SAA)中的活性位点，但单原子合金的合成仍存在挑战。为此，我们阐明了掺杂原子沉积于铜和银表面后如何被纳入金属中，并利用密度泛函理论识别了从早期到晚期过渡金属(TM)之间的周期性趋势。原子在坡道上几乎自由扩散，因为扩散势能较小，而直接进入坡道的嵌入不利。遵循传统认知，阶梯边缘和突变位点强烈促进掺杂原子的嵌入，确认了其在合金形成中的关键作用。原子从下方坡道附着于阶梯和突变处的能量更低。随后，嵌入要么通过该附着状态进行，要么当原子从上方接近阶梯边缘时，其中许多反应在无势能障碍的情况下进行。嵌入势能通常对早期和中间TM较低，随着向晚期TM移动而增加，在铜表面上的势能略高于银表面。铂原子与掺杂原子之间的排斥相互作用解释了实验中观察到的铜表面上掺杂富集环形状况下从上方嵌入的抑制现象。相反，对于鲑金属，发现吸引相互作用会锚定扩散中的原子（即使在坡道上），并促进原子岛的形成，但可能阻碍掺杂原子相邻处的嵌入，并可能阻碍嵌入式掺杂簇的生长。通过阐明周期性趋势和实验观察，我们表明，特定的表面位点和原子-掺杂相互作用如何塑造掺杂原子的嵌入，为针对不同掺杂元素的最佳SAA合成表面环境提供指导。
引用
@article{arxiv.2511.22725,
title = {Mechanisms for the Formation of Active Sites in Single-Atom Alloys},
author = {Ioannis Karageorgiou and Angelos Michaelides and Fabian Berger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.22725},
year = {2025}
}