Long-Term Passivation of Strongly Interacting Metals with Single-Layer Graphene

Journal of the American Chemical Society

Volumn 137, Issue 45, 2015, Pages 14358-14366

  Weatherup, Robert S ^a,b   D'Arsié, Lorenzo ^a   Cabrero Vilatela, Andrea ^a   Caneva, Sabina ^a   Blume, Raoul ^c   Robertson, John ^a   Schloegl, Robert ^d   Hofmann, Stephan ^a  

^a UNIVERSITY OF CAMBRIDGE   (United Kingdom)

^b LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

^c HAHN MEITNER INSTITUT   (Germany)

^d FRITZ HABER INSTITUT DER MAX PLANCK GESELLSCHAFT   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHEMICAL VAPOR DEPOSITION; GRAPHENE; INTERFACES (MATERIALS); METALS; OXIDATION; PASSIVATION; SUBSTRATES; TRANSITION METALS;

ATMOSPHERIC CONDITIONS; DIFFERENT SUBSTRATES; METAL INTERACTIONS; OXIDIZING SPECIES; PASSIVATING OXIDES; STRONG INTERACTION; SUBSTRATE SURFACE; TWO-DIMENSIONAL MATERIALS;

X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

GRAPHENE; METAL; NICKEL; TRANSITION ELEMENT;

ARTICLE; OXIDATION; SPECIES; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

EID: 84947969210     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.5b08729     Document Type: Article

References (76)

1. Bunch, J. S.; Verbridge, S. S.; Alden, J. S.; van der Zande, A. M.; Parpia, J. M.; Craighead, H. G.; McEuen, P. L. Nano Lett. 2008, 8, 2458-2462 10.1021/nl801457b
2. Bohm, S. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 741-742 10.1038/nnano.2014.220
3. Weatherup, R. S.; Dlubak, B.; Hofmann, S. ACS Nano 2012, 6, 9996-10003 10.1021/nn303674g
4. Weatherup, R. S.; Baehtz, C.; Dlubak, B.; Bayer, B. C.; Kidambi, P. R.; Blume, R.; Schloegl, R.; Hofmann, S. Nano Lett. 2013, 13, 4624-4631 10.1021/nl401601x
5. Caneva, S.; Weatherup, R. S.; Bayer, B.; Brennan, B.; Spencer, S. J.; Mingard, K.; Cabrero-Vilatela, A.; Baehtz, C.; Pollard, A. J.; Hofmann, S. Nano Lett. 2015, 15, 1867-1875 10.1021/nl5046632
6. Hofmann, S.; Braeuninger-Weimer, P.; Weatherup, R. S. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 2714-2721 10.1021/acs.jpclett.5b01052
7. Martin, M.-B.; Dlubak, B.; Weatherup, R. S.; Piquemal-Banci, M.; Yang, H.; Blume, R.; Schloegl, R.; Collin, S.; Petroff, F.; Hofmann, S.; Robertson, J.; Anane, A.; Fert, A.; Seneor, P. Appl. Phys. Lett. 2015, 107, 012408 10.1063/1.4923401
8. Dlubak, B.; Martin, M.-B.; Weatherup, R. S.; Yang, H.; Deranlot, C.; Blume, R.; Schloegl, R.; Fert, A.; Anane, A.; Hofmann, S.; Seneor, P.; Robertson, J. ACS Nano 2012, 6, 10930-10934 10.1021/nn304424x
9. Martin, M.-B.; Dlubak, B.; Weatherup, R. S.; Yang, H.; Deranlot, C.; Bouzehouane, K.; Petroff, F.; Anane, A.; Hofmann, S.; Robertson, J.; Fert, A.; Seneor, P. ACS Nano 2014, 8, 7890-7895 10.1021/nn5017549
10. Schriver, M.; Regan, W.; Gannett, W. J.; Zaniewski, A. M.; Crommie, M. F.; Zettl, A. ACS Nano 2013, 7, 5763-5768 10.1021/nn4014356
11. Zhou, F.; Li, Z.; Shenoy, G. J.; Li, L.; Liu, H. ACS Nano 2013, 7, 6939-6947 10.1021/nn402150t
12. Kidambi, P. R.; Bayer, B. C.; Blume, R.; Wang, Z.-J.; Baehtz, C.; Weatherup, R. S.; Willinger, M.-G.; Schloegl, R.; Hofmann, S. Nano Lett. 2013, 13, 4769-4778 10.1021/nl4023572
13. Hao, Y.; Bharathi, M.; Wang, L.; Liu, Y.; Chen, H.; Nie, S.; Wang, X.; Chou, H.; Tan, C.; Fallahazad, B.; Ramanarayan, H.; Magnuson, C. W.; Tutuc, E.; Yakobson, B. I.; McCarty, K. F.; Zhang, Y.-W.; Kim, P.; Hone, J.; Colombo, L.; Ruoff, R. S. Science 2013, 342, 720-723 10.1126/science.1243879
14. Petrone, N.; Dean, C. R.; Meric, I.; van der Zande, A. M.; Huang, P. Y.; Wang, L.; Muller, D.; Shepard, K. L.; Hone, J. Nano Lett. 2012, 12, 2751-2756 10.1021/nl204481s
15. Walker, M. I.; Weatherup, R. S.; Bell, N. A. W.; Hofmann, S.; Keyser, U. F. Appl. Phys. Lett. 2015, 106, 023119 10.1063/1.4906236
16. Ashby, M. F.; Jones, D. R. H. Engineering Materials I: An Introduction to Properties, Applications, and Design 2012, 385-400 10.1016/B978-0-08-096665-6.00026-X
17. Choi, K.; Nam, S.; Lee, Y.; Lee, M.; Jang, J.; Kim, S. J.; Jeong, Y. J.; Kim, H.; Bae, S.; Yoo, J.-B.; Cho, S. M.; Choi, J.-B.; Chung, H. K.; Ahn, J.-H.; Park, C. E.; Hong, B. H. ACS Nano 2015, 9, 5818-5824 10.1021/acsnano.5b01161
18. Wirtz, C.; Berner, N. C.; Duesberg, G. S. Adv. Mater. Interfaces 2015, 2, n/a 10.1002/admi.201500082
19. Hsieh, Y.; Hofmann, M.; Chang, K.; Jhu, J.; Li, Y.-Y.; Chen, K. Y.; Yang, C. C.; Chang, W.-S.; Chen, L.-C. ACS Nano 2014, 8, 443-448 10.1021/nn404756q
20. Burrows, P. E.; Graff, G. L.; Gross, M. E.; Martin, P. M.; Hall, M.; Mast, E.; Bonham, C. C.; Bennett, W. D.; Michalski, L. A.; Weaver, M. S.; Brown, J. J.; Fogarty, D.; Sapochak, L. S. Proc. SPIE 2000, 4105, 75-83 10.1117/12.416878
21. Patera, L. L.; Africh, C.; Weatherup, R. S.; Blume, R.; Bhardwaj, S.; Castellarin-Cudia, C.; Knop-Gericke, A.; Schloegl, R.; Comelli, G.; Hofmann, S.; Cepek, C. ACS Nano 2013, 7, 7901-7912 10.1021/nn402927q
22. Weatherup, R. S.; Amara, H.; Blume, R.; Dlubak, B.; Bayer, B. C.; Diarra, M.; Bahri, M.; Cabrero-vilatela, A.; Caneva, S.; Kidambi, P. R.; Martin, M.; Deranlot, C.; Seneor, P.; Schloegl, R.; Bichara, C.; Hofmann, S.; Ducastelle, F.; Bichara, C.; Hofmann, S. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 13698-13708 10.1021/ja505454v
23. Weatherup, R. S.; Bayer, B. C.; Blume, R.; Ducati, C.; Baehtz, C.; Schlögl, R.; Hofmann, S. Nano Lett. 2011, 11, 4154-4160 10.1021/nl202036y
24. Weatherup, R. S.; Bayer, B. C.; Blume, R.; Baehtz, C.; Kidambi, P. R.; Fouquet, M.; Wirth, C. T.; Schlögl, R.; Hofmann, S. ChemPhysChem 2012, 13, 2544-2549 10.1002/cphc.201101020
25. Grosvenor, A. P.; Biesinger, M. C.; Smart, R. S. C.; McIntyre, N. S. Surf. Sci. 2006, 600, 1771-1779 10.1016/j.susc.2006.01.041
26. Biesinger, M. C.; Payne, B. P.; Lau, L. W. M.; Gerson, A.; Smart, R. S. C. Surf. Interface Anal. 2009, 41, 324-332 10.1002/sia.3026
27. Holloway, P. H. J. Vac. Sci. Technol. 1981, 18, 653-659 10.1116/1.570847
28. Lambers, E. S.; Dykstal, C. N.; Seo, J. M.; Rowe, J. E.; Holloway, P. H. Oxid. Met. 1996, 45, 301-321 10.1007/BF01046987
29. Prasai, D.; Tuberquia, J. C.; Harl, R. R.; Jennings, G. K.; Bolotin, K. I. ACS Nano 2012, 6, 1102-1108 10.1021/nn203507y
30. Nagashima, A.; Tejima, N.; Oshima, C. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1994, 50, 17487-17495 10.1103/PhysRevB.50.17487
31. Oshima, C.; Nagashima, A. J. Phys.: Condens. Matter 1997, 9, 1-20 10.1088/0953-8984/9/1/004
32. Varykhalov, A.; Sánchez-Barriga, J.; Shikin, A.; Biswas, C.; Vescovo, E.; Rybkin, A.; Marchenko, D.; Rader, O. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 157601 10.1103/PhysRevLett.101.157601
33. Voloshina, E.; Dedkov, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 13502-13514 10.1039/c2cp42171b
34. Eom, D.; Prezzi, D.; Rim, K. T.; Zhou, H.; Lefenfeld, M.; Xiao, S.; Nuckolls, C.; Hybertsen, M. S.; Heinz, T. F.; Flynn, G. W. Nano Lett. 2009, 9, 2844-2848 10.1021/nl900927f
35. Varykhalov, A.; Rader, O. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009, 80, 035437 10.1103/PhysRevB.80.035437
36. Vinogradov, N. A.; Zakharov, A. A.; Kocevski, V.; Rusz, J.; Simonov, K. A.; Eriksson, O.; Mikkelsen, A.; Lundgren, E.; Vinogradov, A. S.; Mårtensson, N.; Preobrajenski, A. B. Phys. Rev. Lett. 2012, 109, 026101 10.1103/PhysRevLett.109.026101
37. Brugger, T.; Günther, S.; Wang, B.; Dil, J. H.; Bocquet, M. L.; Osterwalder, J.; Wintterlin, J.; Greber, T. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009, 79, 045407 10.1103/PhysRevB.79.045407
38. Enderlein, C.; Kim, Y. S.; Bostwick, A.; Rotenberg, E.; Horn, K. New J. Phys. 2010, 12, 033014 10.1088/1367-2630/12/3/033014
39. Sutter, P.; Sadowski, J. T.; Sutter, E. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 8175-8179 10.1021/ja102398n
40. Preobrajenski, A.; Ng, M.; Vinogradov, A.; Mårtensson, N. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008, 78, 073401 10.1103/PhysRevB.78.073401
41. Kwon, S. Y.; Ciobanu, C. V.; Petrova, V.; Shenoy, V. B.; Bareño, J.; Gambin, V.; Petrov, I.; Kodambaka, S. Nano Lett. 2009, 9, 3985-3990 10.1021/nl902140j
42. Shikin, A. M.; Adamchuk, V. K.; Rieder, K.-H. Phys. Solid State 2009, 51, 2390-2400 10.1134/S1063783409110316
43. Walter, A. L.; Nie, S.; Bostwick, A.; Kim, K. S.; Moreschini, L.; Chang, Y. J.; Innocenti, D.; Horn, K.; McCarty, K. F.; Rotenberg, E. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011, 84, 195443 10.1103/PhysRevB.84.195443
44. Wilson, N. R.; Marsden, A. J.; Saghir, M.; Bromley, C. J.; Schaub, R.; Costantini, G.; White, T. W.; Partridge, C.; Barinov, A.; Dudin, P.; Sanchez, A. M.; Mudd, J. J.; Walker, M.; Bell, G. R. Nano Res. 2013, 6, 99-112 10.1007/s12274-013-0285-y
45. Nie, S.; Walter, A. L.; Bartelt, N. C.; Starodub, E.; Bostwick, A.; Rotenberg, E.; McCarty, K. F. ACS Nano 2011, 5, 2298-2306 10.1021/nn103582g
46. Sutter, P.; Sadowski, J. T.; Sutter, E. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009, 80, 245411 10.1103/PhysRevB.80.245411
47. Dahal, A.; Batzill, M. Nanoscale 2014, 6, 2548-2562 10.1039/c3nr05279f
48. Shikin, A.; Prudnikova, G.; Adamchuk, V.; Moresco, F.; Rieder, K.-H. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2000, 62, 13202-13208 10.1103/PhysRevB.62.13202
49. D'Arsié, L.; Esconjauregui, S.; Weatherup, R.; Guo, Y.; Bhardwaj, S.; Centeno, A.; Zurutuza, A.; Cepek, C.; Robertson, J. Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 103103 10.1063/1.4895025
50. Blume, R.; Kidambi, P. R.; Bayer, B. C.; Weatherup, R. S.; Wang, Z.-J.; Weinberg, G.; Willinger, M.-G.; Greiner, M.; Hofmann, S.; Knop-Gericke, A.; Schlögl, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 25989-26003 10.1039/C4CP04025B
51. Koch, R. J.; Weser, M.; Zhao, W.; Viñes, F.; Gotterbarm, K.; Kozlov, S. M.; Höfert, O.; Ostler, M.; Papp, C.; Gebhardt, J.; Steinrück, H. P.; Görling, A.; Seyller, T. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012, 86, 075401 10.1103/PhysRevB.86.075401
52. Blume, R.; Rosenthal, D.; Tessonnier, J.-P.; Li, H.; Knop-Gericke, A.; Schlögl, R. ChemCatChem 2015, 7, 2871-2881 10.1002/cctc.201500344
53. Viñes, F.; Neyman, K.; Görling, A. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 11963-11973 10.1021/jp903653z
54. Parkinson, C. R.; Walker, M.; McConville, C. F. Surf. Sci. 2003, 545, 19-33 10.1016/j.susc.2003.08.029
55. Cazaux, J. Appl. Surf. Sci. 2010, 257, 1002-1009 10.1016/j.apsusc.2010.08.007
56. Tompkins, H. G.; Augis, J. a. Oxid. Met. 1981, 16, 355-369 10.1007/BF00611349
57. Welsh, I. D.; Sherwood, P. M. a. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1989, 40, 6386-6392 10.1103/PhysRevB.40.6386
58. Grosvenor, A. P.; Kobe, B. A.; McIntyre, N. S. Surf. Sci. 2004, 572, 217-227 10.1016/j.susc.2004.08.035
59. Grosvenor, A. P.; Kobe, B. A.; McIntyre, N. S. Surf. Sci. 2004, 565, 151-162 10.1016/j.susc.2004.06.210
60. Pu, N.-W.; Shi, G.-N.; Liu, Y.-M.; Sun, X.; Chang, J.-K.; Sun, C.-L.; Ger, M.-D.; Chen, C.-Y.; Wang, P.-C.; Peng, Y.-Y.; Wu, C.-H.; Lawes, S. J. Power Sources 2015, 282, 248-256 10.1016/j.jpowsour.2015.02.055
61. Stoot, A. C.; Camilli, L.; Spiegelhauer, S.-A.; Yu, F.; Bøggild, P. J. Power Sources 2015, 293, 846-851 10.1016/j.jpowsour.2015.06.009
62. Kravets, V. G.; Jalil, R.; Kim, Y.-J.; Ansell, D.; Aznakayeva, D. E.; Thackray, B.; Britnell, L.; Belle, B. D.; Withers, F.; Radko, I. P.; Han, Z.; Bozhevolnyi, S. I.; Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Grigorenko, A. N. Sci. Rep. 2014, 4, 5517 10.1038/srep05517
63. Sutter, E.; Albrecht, P.; Camino, F. E.; Sutter, P. Carbon 2010, 48, 4414-4420 10.1016/j.carbon.2010.07.058
64. Nayak, P. K.; Hsu, C. J.; Wang, S. C.; Sung, J. C.; Huang, J. L. Thin Solid Films 2013, 529, 312-316 10.1016/j.tsf.2012.03.067
65. Dedkov, Y. S.; Fonin, M.; Rüdiger, U.; Laubschat, C. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 022509 10.1063/1.2953972
66. Chen, S.; Brown, L.; Levendorf, M.; Cai, W.; Ju, S.-Y.; Edgeworth, J.; Li, X.; Magnuson, C. W.; Velamakanni, A.; Piner, R. D.; Kang, J.; Park, J.; Ruoff, R. S. ACS Nano 2011, 5, 1321-1327 10.1021/nn103028d
67. Grånäs, E.; Knudsen, J.; Schröder, U. a; Gerber, T.; Busse, C.; Arman, M. a; Schulte, K.; Andersen, J. N.; Michely, T. ACS Nano 2012, 6, 9951-9963 10.1021/nn303548z
68. Larciprete, R.; Ulstrup, S.; Lacovig, P.; Dalmiglio, M.; Bianchi, M.; Mazzola, F.; Hornekær, L.; Orlando, F.; Baraldi, A.; Hofmann, P.; Lizzit, S. ACS Nano 2012, 6, 9551-9558 10.1021/nn302729j
69. Kirkland, N. T.; Schiller, T.; Medhekar, N.; Birbilis, N. Corros. Sci. 2012, 56, 1-4 10.1016/j.corsci.2011.12.003
70. Kidambi, P. R.; Blume, R.; Kling, J.; Wagner, J. B.; Baehtz, C.; Weatherup, R. S.; Schloegl, R.; Bayer, B. C.; Hofmann, S. Chem. Mater. 2014, 26, 6380-6392 10.1021/cm502603n
71. Mišković-Stanković, V.; Jevremović, I.; Jung, I.; Rhee, K. Carbon 2014, 75, 335-344 10.1016/j.carbon.2014.04.012
72. Su, Y.; Kravets, V. G.; Wong, S. L.; Waters, J.; Geim, A. K.; Nair, R. R. Nat. Commun. 2014, 5, 4843 10.1038/ncomms5843
73. Kang, D.; Kwon, J. Y.; Cho, H.; Sim, J.; Hwang, H. S.; Kim, C. S.; Kim, Y. J.; Ruoff, R. S.; Shin, H. S. ACS Nano 2012, 6, 7763-7769 10.1021/nn3017316
74. Dumée, L. F.; He, L.; Wang, Z.; Sheath, P.; Xiong, J.; Feng, C.; Tan, M. Y.; She, F.; Duke, M.; Gray, S.; Pacheco, A.; Hodgson, P.; Majumder, M.; Kong, L. Carbon 2015, 87, 395-408 10.1016/j.carbon.2015.02.042
75. Coraux, J.; N'Diaye, A. T.; Rougemaille, N.; Vo-Van, C.; Kimouche, A.; Yang, H. X.; Chshiev, M.; Bendiab, N.; Fruchart, O.; Schmid, A. K. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 2059-2063 10.1021/jz3007222
76. Bluhm, H.; Hävecker, M.; Knop-Gericke, A.; Kiskinova, M.; Schlögl, R.; Salmeron, M. MRS Bull. 2007, 32, 1022-1030 10.1557/mrs2007.211