Dokument: Dynamik von Stufen auf Au (1 1 n) Elektroden in elektrochemischer Umgebung
| Titel: | Dynamik von Stufen auf Au (1 1 n) Elektroden in elektrochemischer Umgebung | |||||||
| Weiterer Titel: | Dynamics of Steps on Au(1 1 n) Electrodes in Electrochemical Environment | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=18340 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20110617-071757-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Englisch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dr. Al-Shakran, Mohammad [Autor] | |||||||
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| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Diese Arbeit beschreibt die Untersuchung der Dynamik von Defekten auf gestuften Au(100)-Flächen im Elektrolyten mittels elektrochemischer Rastertunnelmikroskopie. Defekte auf Oberflächen wie Stufen oder Nanostrukturen haben z.B. große Bedeutung für katalytische Reaktionen oder Korrosionsprozesse. In dieser Arbeit werden zunächst Defekte betrachtet, die sich aus vielen Einzeldefekten zusammensetzen: Sogenannte Stufenbündel (step bunches), die sich durch Zusammenlegung von monoatomaren Stufen bilden. Untersuchungen an Stufenbündeln wurden bisher nur an Flächen im Vakuum durchgeführt, in elektrolytischer Umgebung aber noch nicht. Ziel dieser Arbeit ist es, diese Lücke zu schließen.
Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in den Untersuchung von vizinalen Au(1 1 n)-Flächen, mit n=7, 9, 11, 17, in halogenid-haltigen Elektrolyten. (1 1 n)-Flächen von fcc Materialien besitzen im geometrisch idealen Fall parallele Stufen mit einem definierten mittleren Abstand. Au(1 1 n)-Flächen sind jedoch instabil und es bilden sich Stufenbündel. Die Oberflächen bestehen daher einerseits aus nahezu stufenfreien Flächen und andererseits aus steilen Stufenbündeln. In dieser Arbeit werden zuerst Studien zur zeitlichen Entwicklung von Stufenbündeln in Abhängigkeit vom Elektrodenpotential präsentiert: Die Oberflächenstruktur ist stabil, einzelne Stufen innerhalb der Bündel sind jedoch beweglich. Dies deutet darauf hin, dass die Stufenbündel nach dem Tempern auch bei hohen Elektrodenpotentialen im Gleichgewicht sind. Die Analyse der Stufenabstandsverteilung zeigt, dass die Stufenbündel eine breite Verteilung von lokalen Orientierungen besitzen. Von der glatten Au(100)-Fläche ist bekannt, dass die Oberfläche nach dem Tempern auch in Elektrolyten bei bestimmten Potentialen rekonstruiert. In dieser Arbeit wurde untersucht, wie sich die Bildung der Stufenbündel auf Au(1 1 n) auf die Oberflächenrekonstruktion auswirkt. Die Stufenbündel sind unrekonstruiert, während große Terrassen eine Rekonstruktion aufweisen. Es wird gezeigt, dass sich die Rekonstruktion auf den Terrassen von der Rekonstruktion auf glatten Au(100)-Oberflächen unterscheidet, was auch zu einer komplexen Struktur der Voltammogramme von Au (1 1 n) führt. Durch die quantitative Analyse der Fluktuationen von Stufen auf Au (1 1 n)–Oberflächen in chlorid- und bromidhaltigen Elektrolyt können die auf der Oberfläche dominierenden Diffusionsprozesse ermittelt werden. Die Auswertung der Zeitkorrelationsfunktion zeigt, dass die Fluktuationen bei niedrigen Potentialen einem Potenzgesetz in der Zeit mit Exponent 1/2 folgen und bei hohen Potentialen einen Zeitexponenten 3/4 besitzen. Ferner hängt die Zeitkorrelationsfunktion vom Stufenabstand ab: Bei hohen Potentialen gehorchen sie einem L3/2–Gesetz. Ein Zeitexponent 3/4 bzw. ein L3/2-Gesetz wurden in dieser Arbeit erstmalig nachgewiesen. Durch die Analyse der räumlichen Korrelationsfunktion wurde die Bildungsenergie von Kinken an Stufen bestimmt. Aus dem Vergleich der gefundenen Kinkenenergien bei verschiedenen Potentialen mit der jeweiligen aus Kapazitätsmessungen erhaltenen Oberflächenladung, konnte erstmalig ein Wert für das Dipolmoment von Kinken in halegonid-haltigen Elektrolyten gemessen werden.This thesis deals with the study of the dynamics of surface defects on stepped Au(100) surface in electrochemical environment using electrochemical scanning tunneling microscope. The first aim of this thesis is to study the evolution of step bunches with time as a function of electrode potential. In previous studies, the evolution of step bunches with time has been performed for surfaces under vacuum conditions, however it was rarely studied in electrochemistry. The aim of this thesis is to fill this gap. The focus lies on the analysis of vicinal Au(1 1 n) electrodes, n=7, 9, 11, 17, in halide containing electrolyte. It is shown that Au(1 1 n) surfaces are unstable against step bunching. The surfaces arrange into alternating stripes of reconstructed areas (almost free of steps) and steep, unreconstructed step bunches. Although the step bunches are stable in time, individual steps within the bunch are yet very mobile, indicating that the step bunches formed after flame annealing are in equilibrium even at high electrode potentials. The step-step distance distribution shows that Au(1 1 n) reveals a wide distribution of local orientations. The reconstruction periodicity on stepped Au(1 1 n) surfaces has been studied, and it is found that the reconstruction on these surfaces differs from that on flat Au(100) leading to a complex peaks structure in cyclic voltammograms indicative of different types of reconstruction unit cells established on these surfaces. Furthermore, equilibrium fluctuations of monatomic high steps on Au(1 1 17) and Au(1 1 29) in chloride and bromide containing electrolyte were studied. The correlation function obeys a power law in time with exponent 1/2 at low potentials and- surprisingly- with an exponent close to 3/4 at high potentials. Further, the time correlation function depends on the step-step distance with an exponent close to 3/2 at high potentials not explained by theory yet. By analyzing the spatial correlation function for both surfaces the kink energies as well as the diffusivities can be estimated. A linear relation between the kink energy ε and the electrode potential is found. Since the formation of a kink is associated with a dipole moment, the kink dipole moment μ was determined for the first time from the linear relation between the kink energy ε and the electric charge density σ. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Angewandte Physik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 17.06.2011 | |||||||
| Dateien geändert am: | 17.06.2011 |
