journal article·2023Open access

Transition from monolayer-thick 2D to 3D nano-clusters on α-Al 2 O 3 (0001)

Rémi Lazzari, Jacek Goniakowski, Gregory Cabailh, Rémi Cavallotti, Jacques Jupille, Nicolas Trcera, Pierre Lagarde

Nanoscale· Volume 15· Issue 38

Abstract

This paper reports on the long-standing puzzle of the atomic structure of the Ag/α-Al2O3(0001) interface by combining X-ray absorption spectroscopy, to determine Ag local environment [i.e. average Ag-Ag (dAg-Ag) and Ag-O (dAg-O) interatomic distances and Ag coordination numbers (CN)], and numerical simulations on nanometric-sized particles. The experimental key was the capability of a structural study of clusters involving only a few atoms. The concomitant decrease of dAg-Ag and CN with decreasing cluster size provides unambiguous fingerprints for the dimensionality of the Ag clusters in the subnanometric regime leading to a series of unexpected results regarding the size-dependent interface structures. At low coverage, Ag atoms sit on surface Al sites to form buckled monolayer-thick islands associated with a Ag-Ag distance (2.75 Å) which fits the alumina lattice. Upon increasing Ag coverage, as 3D clusters appear, the Ag interface atoms tend to leave Al sites to sit atop O atoms as dAg-Ag increases. The then highlighted size-dependent evolution, is built on structural models which seemed so far contradictory in a static vision of the interface. Theory generalizes the case as it predicts the existence of alumina-supported 2D clusters of Pd and Pt at small coverage and a similar 2D-3D transition upon increasing the size. The structural transformation from 2D Ag clusters to macroscopic 3D islands is accompanied by a noticeable reduction of adhesion energy at the Ag/α-Al2O3(0001) interface.
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Research context

OpenAlex topics: ZnO doping and properties · Copper-based nanomaterials and applications · Catalytic Processes in Materials Science

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

Affiliations

CNRS, Sorbonne Université, Institut des NanoSciences de Paris, UMR 7588, 4 Place Jussieu, F-75005 Paris, France

Synchrotron SOLEIL, L'Orme des Merisiers, Départementale 128, 91190 Saint Aubin, France

Funding

ArcelorMittal · Association Nationale de la Recherche et de la Technologie

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