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Single Cr atom catalytic growth of graphene

Nano Research 2018年第5期11卷 2405-2411页

作者： Huy Q. Ta Uang Zhao Wanjian Yin Darius Pohl Bemd Rellinghaus Thomas Gemming Barbara Trzebicka Justinas Palisaitis Gao Jing Per O. A. Persson Zhongfan Liu Alicja Bachmatiuk Mark H. Rummeli Soochow Institute for Energy and Materials Innovations College of Physics Optoelectronics and Energy & Collaborative Innovation Center of Suzhou Nano Science and Technology Soochow University Suzhou 215005 China Key Laboratory of Advanced Carbon Materials and Wearable Energy Technologies of Jiangsu Province Soochow University Suzhou 215006 China Centre of Polymer and Carbon Materials Polish Academy of Sciences M. Curie-Sklodowskiej 34 Zabrze 41-819 Poland IFW Dresden Helmholtz Strasse 20 01069 Dresden Germany Department of Physics Chemistry and Biology (IFM) Linkoping University SE-581 83 Linkoping Sweden Center for Nanochemistry Beijing Science and Engineering Centre for Nanocarbons Beijing National Laboratory for Molecular Sciences College of Chemistry and Molecular Engineering Peking University Beijing 100871 China

Single atoms are the ultimate minimum size limit for catalysts. Graphene, as an exciting, ultimately thin （one atom thick） material can be imaged in a transmission electron microscope with relatively few imaging artefacts. Here, we directly observe the behavior of single Cr atoms in graphene mono- and di-vacancies and, more importantly, at graphene edges. Similar studies at graphene edges with other elemental atoms, with the exception of Fe, show catalytic etching of graphene. Fe atoms have been shown to both etch and grow graphene. In contrast, Cr atoms are only observed to induce graphene growth. Complementary theoretical calculations illuminate the differences between Fe and Cr, and confirm single Cr atoms as superior catalysts for sp^2 carbon growth.

关键词： in situ transmission electron microscope (TEM) electron driven catalysis Cr single atom graphene synthesis

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