Microsc. Microanal. Microstruct. 5, 283-290 (1994)
DOI: 10.1051/mmm:0199400504-6028300

Soft oxidation of graphite studied by XPS and STM

Magali Phaner-Goutorbe, Alain Sartre et Louis Porte

Département de Physicochimie des Matériaux, Ecole Centrale de Lyon, BP. 163, 69131 Ecully, France

Abstract
The modification of the graphite surface after weak oxidation using a nitric acid solution has been studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning tunneling microscopy (STM). A new corrugation at the atomic scale has been revealed by STM on the basal planes. It is attributed to the presence, in other respects demonstrated by XPS, of some oxygenated groups created by oxidation and regularly distributed on the surface. This soft oxidation conserves the graphite basal planes and is interpreted by an oxygen chemisorption on graphite through a bond involving π electrons of the aromatic cell. Organic groups which need dangling σ bonds to fix on the surface should preferencially attach on ridges of large defects.

Résumé
La modification de la surface de graphite après une faible oxydation dans une solution d'acide nitrique a été étudiée par spectroscopie de photoélectrons (XPS) et par microscopie tunnel (STM). Une nouvelle corrugation a été mise en évidence à l'échelle atomique par STM sur les plans de base du graphite. Elle est attribuée à la présence d'autre part démontrée par XPS, de groupements organiques créés par l'oxydation et distribués de façon régulière sur la surface. Cette oxydation douce n'altère pas les plans de base du graphite et est interprétée par la chimisorption d'atomes d'oxygène sur le graphite, les liaisons s'effectuant à partir d'électrons π de la cellule aromatique. Les groupements organiques nécessitant des liaisons pendantes σ pour se fixer sur la surface semblent se positionner préférentiellement sur les arètes de gros défauts physiques.

PACS
6843F - Adsorbate structure (binding sites, geometry).
6837E - Scanning tunneling microscopy (including chemistry induced with STM).

Key words
Experimental study -- STM -- Photoelectron spectroscopy -- X radiation -- Pyrographite -- Surface structure -- Adsorption structure -- Chemisorption -- Oxidation -- Adsorption site -- Surfaces -- Interfaces -- Condensed matter physics -- Materials science -- Physics -- Structure of liquids -- Structure of solids -- Crystallography -- Condensed state physics -- Nonmetals


© EDP Sciences 1994