journal article·2021Open access

Encapsulation of metal nanoparticles at the surface of a prototypical layered material

Ann Lii-Rosales, Yong Han, Dapeng Jing, Michael C. Tringides, Scott Julien, Kai-Tak Wan, Cai-Zhuang Wang, King C. Lai, James W. Evans, Patricia A. Thiel

Nanoscale· Volume 13· Issue 3

Abstract

Encapsulation of metal nanoparticles just below the surface of a prototypical layered material, graphite, is a recently discovered phenomenon. These encapsulation architectures have potential for tuning the properties of two-dimensional or layered materials, and additional applications might exploit the properties of the encapsulated metal nanoclusters themselves. The encapsulation process produces novel surface nanostructures and can be achieved for a variety of metals. Given that these studies of near-surface intercalation are in their infancy, these systems provide a rich area for future studies. This Review presents the current progress on the encapsulation, including experimental strategies and characterization, as well as theoretical understanding which leads to the development of predictive capability. The Review closes with future opportunities where further understanding of the encapsulation is desired to exploit its applications.
Source: openalex_inverted_index · Quality: candidate unverified · Source record ↗

Research context

OpenAlex topics: Graphene research and applications · nanoparticles nucleation surface interactions · Nanocluster Synthesis and Applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Ames Laboratory of the USDOE

Ames

USA

Department of Chemistry

Iowa State University

Department of Physics and Astronomy

Department of Mechanical Engineering

Northeastern University

Boston

Funding

U.S. Department of Energy · National Science Foundation

References (93)

Show source-provided references
1. Castro Neto · Rev. Mod. Phys. · 2009 · 81 · 10910.1103/RevModPhys.81.109 ↗
2. Han · Nat. Nanotechnol. · 2014 · 9 · 79410.1038/nnano.2014.214 ↗
3. Wan · Chem. Soc. Rev. · 2016 · 45 · 674210.1039/C5CS00758E ↗
4. Hass · J. Phys.: Condens. Matter · 2008 · 20 · 323202
5. Cao · Nature · 2018 · 556 · 4310.1038/nature26160 ↗
6. Fu · Chem. Soc. Rev. · 2017 · 46 · 184210.1039/C6CS00424E ↗
7. Wang · Chem. Rev. · 2019 · 119 · 180610.1021/acs.chemrev.8b00501 ↗
8. Gargiani · Nat. Commun. · 2017 · 8 · 69910.1038/s41467-017-00825-9 ↗
9. Kravets · Sci. Rep. · 2014 · 4 · 551710.1038/srep05517 ↗
10. Julien · Nanoscale · 2019 · 11 · 644510.1039/C8NR10549A ↗
11. Lii-Rosales · New J. Phys. · 2020 · 22 · 02301610.1088/1367-2630/ab687a ↗
12. Zhou · Carbon · 2018 · 127 · 30510.1016/j.carbon.2017.10.103 ↗
13. Lii-Rosales · J. Phys. Chem. C · 2018 · 122 · 445410.1021/acs.jpcc.7b12533 ↗
14. Lii-Rosales · Nanotechnology · 2018 · 29 · 50560110.1088/1361-6528/aae1e3 ↗
15. Lii-Rosales · J. Vac. Sci. Technol., A · 2019 · 37 · 06140310.1116/1.5124927 ↗
16. Lii-Rosales · Phys. Rev. Res. · 2020 · 2 · 03317510.1103/PhysRevResearch.2.033175 ↗
17. Dresselhaus · Adv. Phys. · 2002 · 51 · 110.1080/00018730110113644 ↗
18. Chung · J. Mater. Sci. · 2002 · 37 · 147510.1023/A:1014915307738 ↗
19. Liu · Prog. Surf. Sci. · 2015 · 90 · 39710.1016/j.progsurf.2015.07.001 ↗
20. Liu · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2012 · 86 · 081414(R)10.1103/PhysRevB.86.081414 ↗
21. Liu · Crystals · 2013 · 3 · 7910.3390/cryst3010079 ↗
22. Liu · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2012 · 14 · 915710.1039/c2cp40527j ↗
23. Li · J. Phys. Chem. Lett. · 2020 · 11 · 972510.1021/acs.jpclett.0c02887 ↗
24. C. Kittel , Introduction to Solid State Physics , John Wiley & Sons, Inc. , Hoboken, NJ , 2005
25. Kwolek · J. Chem. Phys. · 2016 · 145 · 21190210.1063/1.4953611 ↗
26. Appy · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2014 · 90 · 19540610.1103/PhysRevB.90.195406 ↗
27. R. W. G. Wyckoff , Crystal Structures , Interscience , New York , 1963
28. Atamny · Phys. Chem. Chem. Phys. · 1999 · 1 · 411310.1039/a904657g ↗
29. Paredes · Carbon · 2001 · 39 · 47610.1016/S0008-6223(00)00284-0 ↗
30. Hembacher · Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. · 2003 · 100 · 1253910.1073/pnas.2134173100 ↗
31. Sutter · Appl. Phys. Lett. · 2009 · 94 · 13310110.1063/1.3106057 ↗
32. Marchini · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2007 · 76 · 07542910.1103/PhysRevB.76.075429 ↗
33. Soy · J. Phys. Chem. C · 2015 · 119 · 2479610.1021/acs.jpcc.5b06472 ↗
34. Gao · Nano Lett. · 2010 · 10 · 351210.1021/nl1016706 ↗
35. Süle · Carbon · 2014 · 77 · 108210.1016/j.carbon.2014.06.024 ↗
36. Yi · Adv. Mater. · 2009 · 21 · 277710.1002/adma.200800761 ↗
37. Sutter · Surf. Sci. · 2011 · 605 · 167610.1016/j.susc.2011.01.026 ↗
38. Iannuzzi · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2013 · 88 · 12543310.1103/PhysRevB.88.125433 ↗
39. Cortes · J. Phys. Chem. C · 2013 · 117 · 2067510.1021/jp406415h ↗
40. Land · Surf. Sci. · 1992 · 264 · 26110.1016/0039-6028(92)90183-7 ↗
41. Sutter · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2009 · 80 · 24541110.1103/PhysRevB.80.245411 ↗
42. Merino · ACS Nano · 2011 · 5 · 562710.1021/nn201200j ↗
43. Wintterlin · Surf. Sci. · 2009 · 603 · 184110.1016/j.susc.2008.08.037 ↗
44. Batzill · Surf. Sci. Rep. · 2012 · 67 · 8310.1016/j.surfrep.2011.12.001 ↗
45. Voloshina · Sci. Rep. · 2013 · 3 · 107210.1038/srep01072 ↗
46. Wang · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2008 · 10 · 353010.1039/b801785a ↗
47. de Parga · Phys. Rev. Lett. · 2008 · 101 · 09970310.1103/PhysRevLett.101.099704 ↗
48. Kryukov · J. Eng. Phys. Thermophys. · 2014 · 87 · 23710.1007/s10891-014-1006-4 ↗
49. Appy · Prog. Surf. Sci. · 2014 · 89 · 21910.1016/j.progsurf.2014.08.001 ↗
50. Arthur · Surf. Sci. · 1973 · 36 · 64110.1016/0039-6028(73)90409-3 ↗
51. Lopez-Salido · Surf. Sci. · 2005 · 588 · 610.1016/j.susc.2005.05.021 ↗
52. Anton · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 1998 · 58 · 1387410.1103/PhysRevB.58.13874 ↗
53. Howells · Solid State Ionics · 2002 · 150 · 5310.1016/S0167-2738(02)00263-1 ↗
54. Sutter · Nat. Mater. · 2008 · 7 · 40610.1038/nmat2166 ↗
55. Yi · Adv. Mater. · 2009 · 21 · 277710.1002/adma.200800761 ↗
56. McCarty · Carbon · 2009 · 47 · 180610.1016/j.carbon.2009.03.004 ↗
57. Lii-Rosales · Phys. Rev. Mater. · 2017 · 1 · 02600210.1103/PhysRevMaterials.1.026002 ↗
58. Büttner · Carbon · 2011 · 49 · 393710.1016/j.carbon.2011.05.032 ↗
59. Lehtinen · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2010 · 81 · 15340110.1103/PhysRevB.81.153401 ↗
60. Habenicht · Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B · 2000 · 161–163 · 95810.1016/S0168-583X(99)00686-2 ↗
61. Banhart · ACS Nano · 2011 · 5 · 2610.1021/nn102598m ↗
62. Hahn · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 1999 · 60 · 600710.1103/PhysRevB.60.6007 ↗
63. Kelly · Science · 1996 · 273 · 137110.1126/science.273.5280.1371 ↗
64. Kushmerick · J. Phys. Chem. B · 1999 · 103 · 161910.1021/jp983648v ↗
65. Ugeda · Phys. Rev. Lett. · 2010 · 104 · 09680410.1103/PhysRevLett.104.096804 ↗
66. Ugeda · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2012 · 85 · 12140210.1103/PhysRevB.85.121402 ↗
67. Mizes · Science · 1989 · 244 · 55910.1126/science.244.4904.559 ↗
68. Rutter · Science · 2007 · 317 · 21910.1126/science.1142882 ↗
69. González-Herrero · Science · 2016 · 362 · 43710.1126/science.aad8038 ↗
70. López · Surf. Sci. · 2008 · 602 · 67110.1016/j.susc.2007.10.030 ↗
71. Yu · Mater. Res. Express · 2018 · 5 · 02502210.1088/2053-1591/aaabca ↗
72. Lee · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 95 · 20550110.1103/PhysRevLett.95.205501 ↗
73. Kotakoski · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 2006 · 74 · 24542010.1103/PhysRevB.74.245420 ↗
74. Meyer · Nano Lett. · 2008 · 8 · 358210.1021/nl801386m ↗
75. Kotakoski · Phys. Rev. Lett. · 2011 · 106 · 10550510.1103/PhysRevLett.106.105505 ↗
76. Han · Phys. Rev. B · 2019 · 99 · 11541510.1103/PhysRevB.99.115415 ↗
77. Ronchi · J. Phys. Chem. C · 2017 · 121 · 865310.1021/acs.jpcc.7b02306 ↗
78. Krasheninnikov · Phys. Rev. Lett. · 2009 · 102 · 12680710.1103/PhysRevLett.102.126807 ↗
79. Guo · Int. J. Hydrogen Energy · 2018 · 43 · 488010.1016/j.ijhydene.2018.01.122 ↗
80. Sredojević · ChemistrySelect · 2018 · 3 · 263110.1002/slct.201702836 ↗
81. Jiang · J. Chem. Phys. · 2007 · 126 · 13470110.1063/1.2715558 ↗
82. Han · Phys. Rev. Res. · 2020 · 2 · 01318210.1103/PhysRevResearch.2.013182 ↗
83. Han · Surf. Sci. · 2019 · 685 · 4810.1016/j.susc.2019.01.009 ↗
84. Liu · Sci. Adv. · 2020 · 6 · eaay409210.1126/sciadv.aay4092 ↗
85. Venables · Philos. Mag. · 1973 · 27 · 69710.1080/14786437308219242 ↗
86. Venables · Rep. Prog. Phys. · 1984 · 47 · 39910.1088/0034-4885/47/4/002 ↗
87. Evans · Surf. Sci. Rep. · 2006 · 61 · 110.1016/j.surfrep.2005.08.004 ↗
88. Han · Phys. Rev. Mater. · 2017 · 1 · 05340310.1103/PhysRevMaterials.1.053403 ↗
89. Han · J. Chem. Phys. · 2021 · 15410.1063/5.0037480 ↗
90. Bartelt · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 1992 · 46 · 1267510.1103/PhysRevB.46.12675 ↗
91. Han · J. Chem. Phys. · 2016 · 145 · 21004
92. Julien · J. Appl. Mech. · 2018 · 85 · 11450110.1115/1.4040695 ↗
93. Lai · J. Phys.: Condens. Matter · 2020 · 32 · 445001