Reaktionen auf nanostrukturierten Oberflächen

Dieses Projekt behandelt die Kinetik und die Dynamik von Modellreaktionen auf nano-strukturierten Oberflächen. Das Ziel dieser Untersuchungen ist es die wesentlichen Faktoren zu ermitteln, die eine kontrollierte Beeinflussung der Selektivität und Aktivität von Oberflächen durch deren Nanostrukturierung ermöglicht. Wir werden uns in diesem Projekt auf eindimensional nanostrukturierte Oberflächen konzentrieren, die auf gestufte Metalloberflächen aufbauen. Diese Strukturen werden durch Dekoration der Oberflächenstufen hergestellt, entweder mit anderen Metallen, wodurch sogenannte bimetallische Nanodrähte entstehen (Nickel oder Mangan auf gestuften Palladium und Rhodium Oberflächen), oder mit Oxiden zur Erzielung von eindimensionalen Oxid-Nanodrähten (NiOx und MnOx auf gestuften Palladium und Rhodium Oberflächen). Auf diesen nanostrukturierten Oberflächen werden wir die Kinetik und Dynamik der Adsorption und Desorption von CO, sowie die Oxidation von CO untersuchen. Weiters soll die Adsorption, Oxidation und Dehydrogenierung von Methanol auf diesen Oberflächen untersucht werden. Das Thema der Methanolwechselwirkung mit Oberflächen ist von großer Aktualität, da sie für viele moderne Anwendungen von Bedeutung ist, z.B. für den Einsatz von Brennstoffzellen. Ein zweiter Schwerpunkt in diesem Zusammenhang ist die Untersuchung der Wechselwirkung von Methanol und anderen Kohlenwasserstoffen (Format, Formaldehyd) mit einer speziell präparierten Kupferoberfläche Cu(110), die als Cu-CuO Streifenphase bekannt ist. Diese Oberfläche besteht aus Streifen von reinen Kupfer und Kupferoxidbereichen, mit lateralen Abständen im Nanometerbereich und entsteht durch Selbstorganisation auf Grund von Oberflächenspannungen. Das Ziel dieses Projektes ist es die aktiven Zentren dieser nanostrukturierten Oberflächen zu bestimmen, die die speziellen Reaktionseigenschaften, wie Aktivität und Selektivität, ergeben, um schließlich eine gezielte Beeinflussung dieser Eigenschaften zu ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen sollen sowohl Experimente zur Reaktionskinetik wie auch zur Reaktionsdynamik durchgeführt werden. Letzteres erfordert die Bestimmung der Winkel- und Energieverteilung der Reaktionsprodukte. Für die vorgeschlagenen Experimente werden die integrale und winkelaufgelöste Desorptionsspektroskopie (TDS), temperaturprogrammierte Reaktionsspektroskopie (TPRS), wie auch integrale und winkel-aufgelöste Flugzeitspektroskopie (TOF) eingesetzt werden. Alle Experimente werden unter Ultrahochvakuum Bedingungen durchgeführt. Für die Charakterisierung der Oberflächen werden die Auger-Elektronespektroskopie (AES), Elektronenbeugung (LEED) und Infrarotspektroskopie (RAIRS) eingesetzt. Rastertunnelmikroskopie (STM) und optische Spektroskopie (RDS) werden in Zusammenarbeit mit anderen Forschungsgruppen durchgeführt. Theoretische Berechnungen und Modellierungen bezüglich der Struktur und Energetik der nanostrukturierten Oberflächen, sowie der Ermittlung der Aktivierungsbarrieren für die einzelnen Reaktionsschritte, unter Verwendung der Dichtefunktionaltheorie (DFT), werden von weiteren Kollaborationspartnern durchgeführt.

Dieses Projekt behandelt die Kinetik und die Dynamik von Modellreaktionen auf nano-strukturierten Oberflächen. Das Ziel dieser Untersuchungen ist es die wesentlichen Faktoren zu ermitteln, die eine kontrollierte Beeinflussung der Selektivität und Aktivität von Oberflächen durch deren Nanostrukturierung ermöglicht. Wir werden uns in diesem Projekt auf eindimensional nanostrukturierte Oberflächen konzentrieren, die auf gestufte Metalloberflächen aufbauen. Diese Strukturen werden durch Dekoration der Oberflächenstufen hergestellt, entweder mit anderen Metallen, wodurch sogenannte bimetallische Nanodrähte entstehen (Nickel oder Mangan auf gestuften Palladium und Rhodium Oberflächen), oder mit Oxiden zur Erzielung von eindimensionalen Oxid-Nanodrähten (NiOx und MnOx auf gestuften Palladium und Rhodium Oberflächen). Auf diesen nanostrukturierten Oberflächen werden wir die Kinetik und Dynamik der Adsorption und Desorption von CO, sowie die Oxidation von CO untersuchen. Weiters soll die Adsorption, Oxidation und Dehydrogenierung von Methanol auf diesen Oberflächen untersucht werden. Das Thema der Methanolwechselwirkung mit Oberflächen ist von großer Aktualität, da sie für viele moderne Anwendungen von Bedeutung ist, z.B. für den Einsatz von Brennstoffzellen. Ein zweiter Schwerpunkt in diesem Zusammenhang ist die Untersuchung der Wechselwirkung von Methanol und anderen Kohlenwasserstoffen (Format, Formaldehyd) mit einer speziell präparierten Kupferoberfläche Cu(110), die als Cu-CuO Streifenphase bekannt ist. Diese Oberfläche besteht aus Streifen von reinen Kupfer und Kupferoxidbereichen, mit lateralen Abständen im Nanometerbereich und entsteht durch Selbstorganisation auf Grund von Oberflächenspannungen. Das Ziel dieses Projektes ist es die aktiven Zentren dieser nanostrukturierten Oberflächen zu bestimmen, die die speziellen Reaktionseigenschaften, wie Aktivität und Selektivität, ergeben, um schließlich eine gezielte Beeinflussung dieser Eigenschaften zu ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen sollen sowohl Experimente zur Reaktionskinetik wie auch zur Reaktionsdynamik durchgeführt werden. Letzteres erfordert die Bestimmung der Winkel- und Energieverteilung der Reaktionsprodukte. Für die vorgeschlagenen Experimente werden die integrale und winkelaufgelöste Desorptionsspektroskopie (TDS), temperaturprogrammierte Reaktionsspektroskopie (TPRS), wie auch integrale und winkel-aufgelöste Flugzeitspektroskopie (TOF) eingesetzt werden. Alle Experimente werden unter Ultrahochvakuum Bedingungen durchgeführt. Für die Charakterisierung der Oberflächen werden die Auger-Elektronespektroskopie (AES), Elektronenbeugung (LEED) und Infrarotspektroskopie (RAIRS) eingesetzt. Rastertunnelmikroskopie (STM) und optische Spektroskopie (RDS) werden in Zusammenarbeit mit anderen Forschungsgruppen durchgeführt. Theoretische Berechnungen und Modellierungen bezüglich der Struktur und Energetik der nanostrukturierten Oberflächen, sowie der Ermittlung der Aktivierungsbarrieren für die einzelnen Reaktionsschritte, unter Verwendung der Dichtefunktionaltheorie (DFT), werden von weiteren Kollaborationspartnern durchgeführt.