Dokument: Ultradünne Ceroxidschichten auf Cu(111)-Einkristallflächen: Rastertunnelmikroskopische und photoelektronenspektroskopische Untersuchungen zu Wachstum, Struktur und Eigenschaften

Titel:	Ultradünne Ceroxidschichten auf Cu(111)-Einkristallflächen: Rastertunnelmikroskopische und photoelektronenspektroskopische Untersuchungen zu Wachstum, Struktur und Eigenschaften
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=23861
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20130220-113333-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Cherradi, El Miloudi [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 14,29 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 20.02.2013 / geändert 20.02.2013
Beitragende:	Prof. Dr. Schierbaum, Klaus [Betreuer/Doktorvater] Prof. Getzlaff [Gutachter]
Stichwörter:	Ceroxid, Ultradünne Schichten, Cu(111), Wachstum, Morphologie, Rastertunnelmikroskopie, Augerelektronenspektroskopie, Photoemission, katalyse
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	In dieser Arbeit wurden die Struktur und die Eigenschaften ultrad¨unner, geordneter CeO2-Filme, welche durch Aufdampfen von metallischem Cer bei niedrigem Sauerstoffpartialdruck auf Cu(111)-Einkristall-Oberfl¨achen unter Ultrahochvakuum-Bedingungen aufgebracht wurden, untersucht. Ein solches System k¨onnte als Modellsystem in der heterogenen Katalyse dienen. Wir untersuchten die geometrische Struktur haupts¨achlich mit dem Rastertunnelmikroskop. Wir bestimmten den Wachstumsmechanismus von Ceroxid auf Cu(111) mit der Absicht, dass CeO2-Filme das Kupfersubstrat vollst ¨andig bedecken. Dar¨uber hinaus wurden die Wachstumsbedingungen f¨ur die Bildung nicht kompletter Ceroxid-Grenzfl¨achen und die Bildung dreidimensionaler Inseln bestimmt; sie dienen zur Kontrolle des Bedeckungsgrades und der Anzahl der offenen Monolagen des Ceroxids auf der Cu(111)-Oberfl¨ache. Orientierte und st¨ochiometrisch d¨unne Ceroxid-Filme auf Cu(111) k¨onnen hergestellt werden, wenn die Substrattemperatur w¨ahrend des Aufdampfens des Cers zwischen 150 ◦C und 250 ◦C liegt. Die Bildung von dendritartigem Wachstum und unregelm¨aßigen Inseln kann verhindert werden, wenn die Substrattemperatur w¨ahrend der Deposition von Ceroxid auf Cu(111) von Raumtemperatur auf 450 ◦C erh¨oht wird. In dem zweiten Experiment wurde der Oxidation/Reduktion-Mechanismus der CeO2/Cu(111)-Probe bei Wechselwirkung mit Wasserstoff (H2) f¨ur reines Ceroxid und der Einfluss der auf der Oberfl¨ache aufgedampften Au- und Pd-Teilchen untersucht. W¨ahrend dieser Wechselwirkung ver¨andert sich das Verh¨altnis von Ce4+ und Ce3+. Valenzband-Spektren wurden mit Photonenenergie von 115 eV, 121,4 eV und 124,8 eV aufgenommen. Bei Photonenenergie von 121,4 eV tritt eine verst¨arkte resonante Emission aus dem Ce 4f-Zustand auf, welche die Empfindlichkeit f¨ur die Ce 4f-Zust¨ande der Ce3+-Ionen verst¨arkt. Wir haben den Effekt von Au- und Pd-Teilchen im Bezug auf die Reduzierbarkeit der CeO2/Cu(111)-Proben untersucht. Wir fanden heraus, dass Pd-Teilchen die Reduktion des CeO2-Films stark beeinflussen. OH-Gruppen und die Bildung von Pd-Clustern wurden auf der Oberfl¨ache beobachtet. Nach dem Aufdampfen von Au auf die saubere Ceroxidschicht wurde ein kleiner Anteil von positiv geladenen Au-Teilchen und die Bildung von Ce3+-Ionen, welche durch Ladungstransfer von Ce4+-Ionen verursacht wird, beobachtet. Der Ladungstransfer wird w¨ahrend der Wechselwirkung mit H2 umgekehrt. Zur selben Zeit findet die Reduktion des Ceroxids statt. Unter identischen Reduktionsbedingungen wurde im Gegensatz zum Pd die Bildung von OH-Gruppen nicht beobachtet. In this thesis, the structure and properties of ordered CeO2 ultrathin films, deposited onto Cu(111) single crystal surfaces by evaporation of Cer at low oxygen pressure under ultrahigh-vacuum conditions, have been studied such systems may serve as model systems in heterogenous catalysis. We investigate the geometric structure by means of scanning tunneling microscopy. We identify the growth mechanisms of ceria on Cu(111) with the aim to obtain CeO2 films that completely cover the Cu-substrate. We determine conditions for the formation of incomplete oxide interfacial layer and formation of three dimensional islands are able to control coverage and the number of open monolayer of ceria thin films on Cu(111). Oriented and stoichiometric thin films of ceria on Cu(111) can be prepared if the evaporation of Cer takes place at substrate temperatures between 150 ◦C and 250 ◦C. Formation of dendrites and irregular islands can be avoided if the substrate temperature is raised from room temperature to 450 ◦C during deposition. In as second set of experiments the oxidation/reduction mechanism of CeO2/Cu(111) upon interaction with hydrogen (H2) has been studied for clean ceria and the role of Au and Pd particles evaporated into surface. During the interaction the ratio of Ce4+ and Ce3+ alters. Valence band spectra have been recorded of photon energies of 115 eV, 121.4 eV and 124.8 eV. At a photon energy of 121.4 eV resonantly enhanced the sensitivity with respect to Ce3+ ions in resonant photoemission spectroscopy. We have studied the effect of Pd and Au evaporated into the surface on the reducibility of CeO2/Cu(111). We find that Pd enhances the reducibility of CeO2 significantly. Formation of surface OH groups and ripening of Pd clusters is found. After deposition of Au onto the clean ceria we observed a small fraction of positively charged Au particles and a Ce3+, caused by charge transfer to Ce4+ ions. Upon interaction with H2 the charge transfer is reverted. At the same time, the reduction of ceria takes place. In contrast to Pd, we do not find OH groups of the surface under identical reduction conditions.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Physik der kondensierten Materie
Dokument erstellt am:	20.02.2013
Dateien geändert am:	20.02.2013
Promotionsantrag am:	18.11.2012
Datum der Promotion:	21.01.2013