Oberflächenanalytische Untersuchungen der elektronischen und chemischen Eigenschaften Ionischer Flüssigkeiten sowie deren Wechselwirkung mit Kupferspezies
Ulbrich, Angela - Technische Universität Ilmenau (2015)
Ionische Flüssigkeiten (Ionic Liquids; ILs) zeichnen sich durch zum Teil ungewöhnliche Eigenschaften, wie z.B. geringer Dampfdruck, aus. Verwendet werden ILs beispielsweise als Lösungsmittel bei der elektrochemischen Abscheidung von Metallen, als Elektrolyte in Solarzellen oder als Schmierstoffe. Um das Potential dieser Substanzklasse auszuschöpfen, ist die genaue Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften von großer Bedeutung.
Die vorliegende Arbeit untersucht die Oberflächeneigenschaften ausgewählter ILs, deren Wechselwirkung mit Kupferspezies sowie den Einfluss von Röntgenstrahlung und Plasmabehandlung. Die Methoden Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS), Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (UPS) und die Spektroskopie mit metastabilem Helium (MIES) werden angewandt. Zunächst wird die elektronische Struktur verschiedener ILs charakterisiert. Der Fokus liegt auf Flüssigkeiten mit substituierten Imidazolium-Ionen und Chlorionen bzw. [Tf2N]- Ionen. Die Ausweitung der Untersuchungen auf weitere Anionen belegt die Präsenz von Kationen und Anionen im oberflächennahen Bereich. Winkelabhängige XPS Untersuchungen weisen auf eine bevorzugte Ausrichtung der Alkylkette in Richtung Vakuum hin und die Abschirmung bestimmter Anionen wird ersichtlich. Flüssigkeiten mit [Tf2N]- Ionen zeigen einen dominanten Anionenbeitrag zum Valenzband.
Im zweiten Teil der Arbeit werden verschiedene Kupfer-IL-Systeme betrachtet, wobei Kupfer in unterschiedlichen Oxidationszuständen auftritt. Diese werden durch den Kontakt mit atmosphärischen Bedingungen teilweise beeinflusst. Die inhomogene Kupferverteilung an der Oberfläche deutet auf eine Aggregation hin. Die Anreicherung elektrochemisch gelöster Kupferspezies an der Oberfläche führt zu Verdrängungseffekten. Abschließend wird der Einfluss von Röntgenstrahlung auf [EMIm]Tf2N betrachtet. Monochromatisierte Alk-alpha- Strahlung führt nach intensiven Strahlungseintrag zu vernachlässigbarer Degradation. Hingegen zeigt nicht monochromatisierte Alk-alpha- Strahlung starke Degradationseffekte. Weitere Untersuchungen an Flüssigkeiten mit Imidazolium-Ionen attestieren den Anionen einen starken Einfluss auf die Stabilität der IL gegenüber Röntgenstrahlung. Die betrachtete Plasmabehandlung zeigt keine eindeutigen Auswirkungen auf die chemische Zusammensetzung der untersuchten ILs.