Growth and characterization of Cobalt sulfide films on Au (100) by scanning tunneling microscopy

Os sulfetos metálicos são amplamente utilizados em tecnologias relacionadas à energia, como células solares, sensores de gás e eletrocatálise. Entre eles, o sulfeto de cobalto se destaca por sua elevada atividade catalítica, estabilidade térmica, abundância natural e baixa toxicidade. Para investigar sua estrutura atômica e organização superficial por Microscopia de Tunelamento por Varredura (STM), filmes finos de CoSx foram crescidos sobre um monocristal de Au(100) em condições de ultra-alto vácuo. O estudo foi dividido em quatro etapas: (i) investigação da nucleação e dos estágios iniciais de crescimento do cobalto; (ii) análise da interação entre Au(100) e H2S; (iii) desenvolvimento de diferentes rotas de preparação de filmes finos de CoSx; e (iv) crescimento de sulfeto de cobalto por sulfurização de um filme pré-formado de óxido de cobalto. Através de Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios-X (XPS), informações químicas das amostras produzidas foram obtidas e analisadas para determinar a composição dos filmes. Os resultados mostram que o cobalto nucleia preferencialmente nos sítios atômicos mais elevados da reconstrução da superfície Au(100), seguindo um mecanismo de crescimento tridimensional do tipo Volmer–Weber. A sulfurização do sistema Co/Au(100) em temperaturas acima de 423K levou a uma interdifusão significativa entre Co e Au, favorecendo a adsorção de enxofre sobre Au(100) e a possível formação de compostos do tipo AuxS. Portanto, em razão da possibilidade de realizar a sulfurização em temperaturas mais baixas e da maior tendência à formação de um filme cristalino, um filme de CoO(100) crescido sobre Au(100) foi sulfurizado a cerca de 500 K e resultou em uma superfície semelhante à de Co3S4(111) apresentando um parâmetro de rede levemente expandido no plano.