UHV-System mit FTIR-Spektrometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Gerät und seine Komponenten werden für Modellstudien zu Mechanismen heterogener Katalyse an Festkörperoberflächen eingesetzt. Es wurden bisher folgende Projekte verfolgt: a) Oxidation von Kohlenmonoxid und von Methanol an nanoporösem Gold: Die Adsorption von CO und Methanol wurde mittels Infrarotspektroskopie an nanoporösem Gold im Ultrahochvakuum untersucht. Nanoporöses Gold, das über chemisches Herauslösen von Silber aus einer Gold-Silber-Legierung hergestellt wird und mit seiner schwammartigen Struktur eine große spezifische Oberfläche bereit stellt, hat sich als technologisch hochinteressantes Katalysatormaterial erwiesen, im Labor insbesondere für die CO-Oxidation bei niedrigen Temperaturen sowie die oxidative Kopplung von Methanol. Im Vergleich mit Goldeinkristalloberflächen wurden mit dem UHV-FTIR Daten über adsorbierte Spezies und Zwischenprodukte gewonnen. b) Wechselwirkung von Styrol mit oxidierten Goldeinkristalloberflächen: Von Interesse war hier der Einfluss von Oberflächenrauigkeit und in die Oberfläche eingebautem Sauerstoff auf Goldkatalysierte Oxidationsreaktionen von Olefinen. Dazu wurden mittels Beschuss mit Argon- und Sauerstoffionen sowie dem Angebot von Ozon die Stufendichte von Au(111) variiert und verschiedene Sauerstoffspezies auf und in der Oberfläche generiert. Ergänzende Untersuchungen mit Temperatur-programmierter Desorptionsspektroskopie zeigten u.a., dass nur direkt an der Oberfläche befindlicher Sauerstoff Einfluss auf die Reaktionen hat und dass die Selektivität für die Epoxidierung von Styrol umso mehr abnimmt je rauer die Oberfläche ist. c) Epitaktische Seltenerdoxidfilme: Im Vordergrund zweier aktueller Projekte stehen die mechanistischen Aspekte zum einen der auf Prasedymoxid ablaufenden Redoxchemie sowie der oxidativen Kopplung von Methan an Samarium- und Terbiumoxid. Die Variabilität der Valenzzustände der Seltenerdmetalle führt bei deren Oxiden zu einer ebensolchen Vielfalt katalyisierter Reaktionen. Hohe Strukturkontrolle bei der Umwandlung einkristalliner Pr 2O3- zu PrO2-Filmen ermöglicht die katalytischen Eigenschaften als Funktion des Oxidationsgrades zu studieren. Mittels der im Gerät integrierten Methoden LEED und Auger wurden die Oberflächenstrukturen verschiedener Phasen von Praseodymoxid auf Si(111) analysiert. Adsorption und Reaktion einfacher Gase wie H2O, CO, O2 und C2H2 auf Pr2O3, PrO2 sowie PrO2/CeO2-Mischoxiden werden unter UHV-Bedingungen mittels Infrarotspektroskopie studiert. Das IR wird im zweiten Projekt insbesondere zur Klärung der Bindung von CH3 auf der Oberfläche epitaktischer Samariumoxidschichten eingesetzt werden, die in der UHV-Kammer des Gerätes hergestellt werden. Von besonderem Interesse ist der Einfluss von Alkalidotierungen auf die katalytische Aktivität und Selektivität.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Absence of Subsurface Oxygen Effects in the Oxidation of Olefins on Au: Styrene Oxidation over Sputtered Au(111). J. Phys. Chem. C 113 (2009) 8924
V. Zielasek, B. Xu, X.-Y. Liu, M. Bäumer, C.M. Friend
- Nanoporous Gold Catalysts for Selective Gas-Phase Oxidative Coupling of Methanol at Low Temperature. Science 327 (2010) 319
A. Wittstock, V. Zielasek, J. Biener, C.M. Friend, M. Bäumer
- Photoemission study of praseodymia in its Highest Oxidation State. J. Chem. Phys. 134 (2011) 054701
A. Schaefer, S. Gevers, V. Zielasek, T. Schroeder, J. Falta, J. Wollschläger, M. Bäumer
