Ultradünne Ceroxidschichten auf Cu(111)-Einkristallflächen: Rastertunnelmikroskopische und photoelektronenspektroskopische Untersuchungen zu Wachstum, Struktur und Eigenschaften
Cherradi, El Miloudi - Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (2013)
In dieser Arbeit wurden die Struktur und die Eigenschaften ultradünner, geordneter CeO2-Filme, welche durch Aufdampfen von metallischem Cer bei niedrigem Sauerstoffpartialdruck auf Cu(111)-Einkristall-Oberflächen unter Ultrahochvakuum-Bedingungen aufgebracht wurden, untersucht. Ein solches System könnte als Modellsystem in der heterogenen Katalyse dienen. Wir untersuchten die geometrische Struktur hauptsächlich mit dem Rastertunnelmikroskop. Wir bestimmten den Wachstumsmechanismus von Ceroxid auf Cu(111) mit der Absicht, dass CeO2-Filme das Kupfersubstrat vollständig bedecken. Darüber hinaus wurden die Wachstumsbedingungen für die Bildung nicht kompletter Ceroxid-Grenzflächen und die Bildung dreidimensionaler Inseln bestimmt; sie dienen zur Kontrolle des Bedeckungsgrades und der Anzahl der offenen Monolagen des Ceroxids auf der Cu(111)-Oberfläche. Orientierte und stöchiometrisch dünne Ceroxid-Filme auf Cu(111) können hergestellt werden, wenn die Substrattemperatur während des Aufdampfens des Cers zwischen 150°C und 250°C liegt. Die Bildung von dendritartigem Wachstum und unregelmäßigen Inseln kann verhindert werden, wenn die Substrattemperatur während der Deposition von Ceroxid auf Cu(111) von Raumtemperatur auf 450°C erhöht wird.
In dem zweiten Experiment wurde der Oxidation/Reduktion-Mechanismus der CeO2/Cu(111)-Probe bei Wechselwirkung mit Wasserstoff (H2) für reines Ceroxid und der Einfluss der auf der Oberfläche aufgedampften Au- und Pd-Teilchen untersucht. Während dieser Wechselwirkung verändert sich das Verhältnis 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 verstärkte resonante Emission aus dem Ce 4f-Zustand auf, welche die Empfindlichkeit für die Ce 4f-Zustände der Ce3+-Ionen verstärkt. Wir haben den Effekt von Au- und Pd-Teilchen im Bezug auf die Reduzierbarkeit der eO2/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 Oberfläche 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 während 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.