Korrelation zwischen Oberflächenpotentialen und Sauerstoffaustausch-Koeffizienten von CeO2

• Antragsteller: Professor Roger De Souza, Ph.D.; Professor Dr. Andreas Klein
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267908922

Das vorgeschlagene Projekt untersucht den möglichen Zusammenhang zwischen der Lage des Ferminiveaus, der Ionisierungsenergie und der Austrittsarbeit mit dem Sauerstoff-Austausch-koeffizienten der Oberfläche anhand des prototypischen Ionenleiters CeO2. Der mögliche Zusammenhang ergibt sich aus der Erwartung, dass die Lage der Energieniveaus von an der Oberfläche adsorbiertem Sauerstoff relativ zu den Bandkanten unmittelbar von der Austrittsarbeit abhängt und die Lage der Energieniveaus darüber entscheidet ob ein Ladungstransfer zwischen Substrat und Adsorbat, ein wahrscheinlich ratenbestimmender Schritt, möglich ist. Zur Aufklärung des möglichen Zusammenhangs werden einerseits systematisch die Oberflächenpotentiale von CeO2 in Abhängigkeit der Oberflächenorientierung und -terminierung bestimmt und wie diese von der Dotierung und vom Sauerstoffpartialdruck abhängen. Hierfür werden unterschiedlich dotierte polykristalline und epitaktische dünne Schichten mittels Magnetron-Kathodenzerstäubung hergestellt und die Oberflächenpotentiale in-situ mittels Photoelektronenspektroskopie bestimmt. Die Variation der Oberflächenpotentiale wird sowohl während als auch nach der Abscheidung über Variation der Substrate und Prozessbedingungen eingestellt. Der Sauerstoffaustauschkoeffizient der Oberfläche wird an identisch hergestellten dünnen Schichten sowie an gesinterten keramischen Proben mittels Leitfähigkeitsrelaxation und Impedanzmessungen sowie mittels 18O tracer Austauschexperimenten durch SIMS quantifiziert, wobei die Bedingungen für den Austausch vergleichbar zu denen bei der Bestimmung der Austrittsarbeiten gewählt werden. Das Projekt wird in Kooperation zwischen dem Fachgebiet Oberflächenforschung des Fachbereichs Material-und Geowissenschaften der Technischen Universität Darmstadt und dem Institut für physikalische Chemie der RWTH Aachen durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen