Synthesis of Graphene supported on Cu(111) and investigation by Electrochemical Scanning Tunneling Microscopy

Lo scopo di questa tesi è duplice: lo studio del grafene (Gr) come film protettivo per substrati metallici e il suo utilizzo come supporto per la crescita di nanoparticelle metalliche (sia di metalli nobili come il Palladio che non nobili come il Cobalto). Queste ultime sono anche state studiate come catalizzatori per la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER). La tesi inizia con un'introduzione generale nel capitolo 1. Il capitolo 2 fornisce una panoramica sulle proprietà strutturali e chimiche più rilevanti dei materiali studiati e sulle tecniche di sintesi che sono state sfruttate per preparare i sistemi investigati. Inoltre fornisce il background teorico essenziale e i dettagli pratici sulle diverse tecniche e metodi sperimentali utilizzati. Il capitolo 3 è dedicato alla descrizione della sintesi di film di Gr di alta qualità cresciuti su substrati di rame policristallino e monocristallino tramite la deposizione chimica da pase vapore in condizioni di bassa pressione (LPCVD) utilizzando un reattore a pareti fredde. Rispetto ad altre tecniche riportate in letteratura, questo metodo è altamente scalabile, riproducibile e applicabile a diversi substrati e consente l’ottenimento di film di eccellente qualità. Il capitolo 4 presenta i principali risultati circa le proprietà morfologiche dei film Gr preparati da CVD su rame pulito, utilizzando etilene (C2H4) a una pressione totale di 0,5 ÷ 1 mbar come precursore. Questo capitolo riporta anche uno studio sistematico delle proprietà elettrochimiche del Gr tramite microscopia a scansione ad effetto tunnel in ambiente elettrochimico (EC-STM) in diverse soluzioni elettrolitiche (HCl, HClO4, H2SO4, KOH) a temperatura ambiente. Le proprietà elettrochimiche degli elettrodi di rame puro nelle stesse condizioni sperimentali sono state utilizzate come parametro di riferimento per comprendere l'effetto del Gr. La combinazione di metodi ex situ come STM elettrochimico, ed in situ ha permesso di ottenere informazioni complete sui materiali studiati. I campioni sono stati studiati approfonditamente utilizzando un approccio multidisciplinare che sfrutta l'utilizzo della spettroscopia Raman, la microscopia elettronica a scansione (SEM) e la spettroscopia di fotoelettroni immediatamente dopo la sintesi e dopo l'esposizione all'ambiente elettrochimico. La fabbricazione e la caratterizzazione delle nanoparticelle metalliche sono descritte nel capitolo 5. L'elettrodeposizione di Pd da sali diPdSO4 in soluzione di H2SO4 su un supporto di rame ricoperto da Gr è stata effettuata in una cella a tre elettrodi equipaggiata con un EC-STM. In alternativa, le nanoparticelle sono stati depositate tramite deposizione fisica da fase vapore (PVD), poiché questa tecnica ha permesso un migliore controllo delle dimensioni e della dose di nanoparticelle. In questo caso, sia le nanoparticelle di Pd che di Co sono state studiate in quanto tipici esempi di metallo nobile e non. Infine, la reattività delle nanoparticelle nei confronti della HER è stata studiata combinando la caratterizzazione elettrochimica con i risultati di EC-STM.