Herstellung und Charakterisierung von bimetallischen Modellkatalysatoren

Abstract

Die Arbeit befasst sich mit der Herstellung und den Eigenschaften von bimetallischen Modelloberflächen unter Ultrahochvakuum-Bedingungen. Hierbei werden sowohl atomar geordnete als auch ungeordnete Systeme betrachtet.<br /> Im ersten Teil wird die Abscheidung von Gold auf verschiedenen Platin- und Palladiumoberflächen untersucht und die elektronischen und strukturellen Eigenschaften der gebildeten Oberflächenfilme nach Erwärmung auf verschiedene Temperaturen charakterisiert. Eine Erwärmung der nur wenige Monolagen dicken Filme auf höhere Temperaturen bewirkt neben einem spürbaren Ordnungseffekt der obersten Atomlage in allen Fällen die Diffusion von Goldatomen in den jeweiligen Festkörper. Dies führt zur Ausbildung von ungeordneten, metastabilen Oberflächenlegierungen mit interessanten katalytischen Eigenschaften. Messungen zur partiellen Hydrierung bzw. Deuterierung von Butadien auf verschiedenen Au-Pd(111)-Oberflächen zeigen, dass geringe Goldmengen im niedrigen einstelligen Prozentbereich eine spürbare Zunahme der Buten-Bildung bewirken, ohne dabei die Selektivität der Reaktion nennenswert zu beinträchtigen. Im Vergleich zur reinen Pd(111)-Oberfläche kann bei den Au-Pd-Legierungsoberflächen neben der erhöhten Reaktivität auch eine geringere Verkokung der Oberfläche beobachtet werden.<br /> Der zweite Themenkomplex dieser Arbeit befasst sich mit der Untersuchung der (111)-Oberfläche eines Pt₃Ti-Einkristalls und deren Wechselwirkung mit Sauerstoff. Aufgrund der hohen Stabilität der Legierung können gezielt hoch geordnete und atomar dünne Titanoxidfilme hergestellt werden. In Abhängigkeit von der gewählten Sauerstoffexposition und Oxidationstemperatur wird die Bildung von insgesamt vier verschiedenen Titanoxidphasen beobachtet. Diese unterscheiden sich voneinander sowohl hinsichtlich ihrer Struktur als auch ihrer chemischen Zusammensetzung. Adsorptionsexperimente mit Kohlenmonoxid auf der reinen Legierungsoberfläche belegen ein komplexes Adsorptionsverhalten. Neben der auch auf Pt(111) beobachteten CO-Adsorption auf Pt-Top-Positionen erfolgen auf der Pt₃Ti-Oberfläche verschiedene titankatalysierte Reaktionen. Neben der Zersetzung des Moleküls kann auch die Oxidation zu Kohlendioxid nachgewiesen werden. Letztere wird bereits durch die Anwesenheit von geringen Oxidmengen auf der Oberfläche unterdrückt. Auf einem komplett geschlossenen Oxidfilm wiederum ist die CO-Adsorption selbst bei einer verwendeten Probentemperatur von ca. 100 K nicht mehr möglich. Die erhaltenen Daten dienen schließlich zur Postulierung eines Modells für die bei der CO-Adsorption ablaufenden Prozesse auf den verschiedenen Oberflächen.