Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3637
Main Title: CO oxidation on metal supported ultrathin oxide films
Translated Title: CO Oxidation auf Metall unterstützt ultradünne Oxidfilme
Author(s): Martynova, Yulia
Advisor(s): Schomäcker, Reinhard
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Ultradünne Oxidfilme auf Metallsubstraten wurden in der CO-Oxidation bei niedrigen Temperaturen und quasi-atmosphärischen Drücken untersucht. Eine repräsentative Auswahl ultradünner Filme enthält die Rutheniumoxidfilme gewachsen auf Ru(0001) und Pt(111) und Mangan- und Zinkoxidfilme aufbereitet auf Pt(111). Die durchgeführte experimentelle Forschung hat die Struktur-Reaktivitätsbeziehungen der Filme unter technologisch relevanten Bedienungen eingerichtet (individuell in jedem Fall). Ausgehend von unseren Ergebnissen wurde ein vereinheitlichtes Konzept vorgeschlagen, das die katalytischen Eigenschaften von dünnen Oxidfilmen beschreibt. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Bindungsenergie von Sauerstoff auf der Filmoberfläche als Maß für die Reaktivität verwendet werden kann. Schwach gebundene Sauerstoffspezies können auf der Oxidfilmoberfläche unter dem hohen chemischen Sauerstoffpotenzial gebildet werden und als aktive Spezies dienen, die dann aus der Gasphase ersetzt werden. Die Fernordnung der Filme und die Art der Filme/Substrate beeinflussen die Reaktivität in dem Maß, in dem sie schwach gebundenen Sauerstoff bieten. Die Grundlagenforschung verbindet so genannte "surface science approach" zu Filmpräparation und Charakterisierung mit herkömmlichen kinetischen Messungen. Die Filme wurden entweder durch der Ablagerung der fremden Übergangsmetalloxide auf dem Einzelkristall des stützendes Metals oder durch Oxidation des Substratmaterials unter den gut kontrollierten Bedienungen im Ultrahoch-Vakuum hergestellt. Die Filmstruktur und Zusammensetzung wurden anhand der "low energy electron diffraction" (LEED) und der Augerelektronenspektroskopie (AES) überprüft. Die Filmbedeckung sowie die verschiedenen Sauerstoffzustände wurden mittels temperatur-programmierter Desorption (TPD) unterschieden. Das katalytische Verhalten der Filme (auch der Substrate) wurde mithilfe Gaschromatographie quantifiziert. Diese systematische Untersuchung vermindert die Lücken der Interpretation und des Vergleiches der Reaktivitäten dünner Oxidfilme. Die Neuigkeit dieser Arbeit vertraut auf die Idee, dass sie die Dünnfilme-Katalyse auf das systematische Niveau hebt. Die Ergebnisse dieser Arbeit können den rationalen Entwurf von Oxidationskatalysatoren fördern.
Thin oxide films supported on metal substrates were studied in low temperature CO oxidation at near-atmospheric pressures. A representative selection of ultrathin films includes ruthenium oxide films grown on Ru(0001) and Pt(111) and manganese and zinc oxide films prepared on Pt(111). The performed experimental research has established relationships between the films structure and their reactivity under technologically relevant conditions (a particular dependence in each case). Based on our own findings, a unifying concept defining catalytic behavior of thin oxide films as catalytic materials was proposed. The results suggest to use oxygen binding energy on the film surface as a good descriptor for the reactivity. Weakly bound oxygen species can be formed on the oxide film surface at the high chemical potential of oxygen and serve as active species, which then replenished from the gas phase. Long-range film ordering and film/substrate nature influence the reactivity to the extent they provide weakly bound oxygen. The fundamental study comprises surface science approach for the films preparation/characterization and conventional reactivity measurements. The films were grown either by deposition of a foreign transition metal oxide on a supporting metal single crystal or by oxidation of the substrate material under well-controlled conditions in ultrahigh vacuum. The film structure and composition were verified by low energy electron diffraction and Auger electron spectroscopy respectively. The film coverage as well as different oxygen states were distinguished by temperature programmed desorption. The catalytic performance of the films (and supports) was quantified via gas chromatography. This systematic research reduces the lack of interpretation and comparison of the thin oxide films reactivity. The novelty of the present work relies on the idea that it lifts up thin film catalysis on the systematic level. The findings of this thesis can aid in rational design of oxidation catalysts.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-40141
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3934
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3637
Exam Date: 30-May-2013
Issue Date: 7-Jun-2013
Date Available: 7-Jun-2013
DDC Class: 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
Subject(s): CO-Oxidation
Manganoxid
Rutheniumoxid
Ultradünne Oxidfilme
Zinkoxid
CO Oxidation
Manganese oxide
Ruthenium oxide
Ultrathin oxide films
Zinc oxide
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Notes: Diese Arbeit wurde im Zeitraum von Februar 2010 bis Februar 2013 am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Abteilung Chemische Physik unter Leitung von Herrn Prof. Hans-Joachim Freund angefertigt.
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