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FU Berlin
Digitale Dissertation

Bettina Tepper :
Elektronenspektroskopische Untersuchungen an Vanadiumoxidoberflächen
Electron spectroscopic studies of vanadium oxide surfaces

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|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden strukturelle und chemische Eigenschaften einer V2O5(001)-Oberfläche mit Hilfe von Photoelektronenspektroskopie, hochauflösender Elektronenenergieverlustspektroskopie und thermischer Desorptionsspektroskopie untersucht.

Der Vergleich eines Photoelektronenspektrums mit berechneten Zustandsdichten erlaubt die Zuordnung der beobachteten Banden, und aus den Veränderungen eines Spektrums sind Informationen über die bei katalytisch aktivierten Oberflächenreaktionen beteiligten Sauerstoffatome zu gewinnen. Während molekularer Wasserstoff nur geringfügige Wechselwirkungen mit einer geordneten V2O5-Oberfläche eingeht, sind nach der Adsorption atomaren Wasserstoffs sowohl in den Photoelektronenspektren als auch in den Schwingungsspektren signifikante Modifikationen zu beobachten. So führt die Adsorption atomaren Wasserstoffs zu Defekten auf der Oberfläche, von denen die brückengebundenen Sauerstoffatome in größerem Maße beeinflußt werden, als die terminal gebundenen Sauerstoffatome. Der atomare Wasserstoff reduziert die V2O5-Oberfläche. Es entstehen Sauerstoffleerstellen und die Vanadiumkationen werden reduziert. Allerdings sind auf geordneten VO2- und V2O3-Oberflächen, im Gegensatz zur reduzierten V2O5-Oberfläche Hydroxylgruppen zu beobachten. Die entscheidende Voraussetzung für deren Bildung scheint demnach nicht allein die Reduktionsstufe der Vanadiumkationen zu sein. Vielmehr ist auch die Struktur von Bedeutung, die sich im Bereich der durch Wasserstoffreduktion entstandenen Defekte auf der Oberfläche ausbildet.

Eine zusätzliche Charakterisierung einer reinen sowie einer durch Ionenbeschuß defektierten V2O5-Oberfläche erlaubt die thermische Desorption eines CO-Moleküls. Auf einer frisch gespaltenen V2O5-Oberfläche ist ein Desorptionsprozeß erster Ordnung zu beobachten. Das CO-Molekül liegt physisorbiert vor, und die Desorptionsenergien liegen zwischen 16 und 19 kJ/mol. Nach dem Ionenbeschuß kommt es zur Ausbildung weiterer Desorptionszustände und es werden Adsorptionsplätze besetzt, die auf einer frisch gespaltenen V2O5-Oberfläche nicht vorhanden sind und demzufolge erst durch den Ionenbeschuß entstehen.

Wird metallisches Vanadium auf eine TiO2(110)-Oberfläche aufgedampft und der Kristall anschließend in einer Sauerstoffatmosphäre geheizt, so ist es möglich, einen geordneten VO2(110)-Film mit einer Stärke von annähernd 15 Å zu züchten. Die mittels winkelaufgelöster Photoemission bestimmte Bandstruktur dieses VO2-Films zeigt eine sehr gute Übereinstimmung mit der Dispersion berechneter Energiebänder.

Inhaltsverzeichnis

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Titel, Danksagung und Inhaltsverzeichnis 1
1. Einführung 11
1.1 Motivation 11
1.2 Konzept dieser Arbeit 12
2. Vanadiumoxide 14
2.1 Technische Bedeutung von Vanadiumoxiden 15
2.1.1 Gewinnung von Schwefelsäure 18
2.1.2 Gewinnung von Maleinsäureanhydrid 19
2.1.3 Gewinnung von Phthalsäureanhydrid 21
2.1.4 Zersetzung von Stickstoffoxiden 22
2.2 Vanadium(V)-Oxid: V2O5 23
2.3 Vanadium(IV)-Oxid: VO2 25
3. Experimenteller Aufbau 26
3.1 Versuchsapparaturen 26
3.1.1 Photoelektronenspektroskopie 26
3.1.2 Hochaufgelöste Elektronenenergieverlustspektroskopie 28
3.1.3 Thermische Desorptionsspektroskopie 29
4. Meßmethoden 30
4.1 Beugung niederenergetischer Elektronen 30
4.2 Augerelektronenspektroskopie 32
4.3 Thermische Desorptionsspektroskopie 33
4.3.1 Aufnahme von thermischen Desorptionsspektren 34
4.4 Photoelektronenspektroskopie 37
4.4.1 Normalemission 42
4.4.2 Nichtnormale Emission 43
4.5 Schwingungsspektroskopie 44
4.5.1 Elektronenenergieverlustspektroskopie 44
4.5.1.1 Langreichweitige Wechselwirkung: Dipolstreuung 46
4.5.1.2 Kurzreichweitige Wechselwirkung: Stoßstreuung 49
5. Probenaufbau und Probenpräparation 51
5.1 Probenaufbau für Messungen an V2O5 51
5.1.1 Präparation der V2O5(001)-Oberfläche 52
5.2 Züchtung eines dünnen VO2-Films 53
5.2.1 Probenaufbau für Messungen an einem VO2-Film 54
5.2.1.1 Präparation eines VO2-Films 54
6. Messungen 65
6.1 Ergebnisse der photoelektronenspektroskopischen Messungen 65
6.1.1 Austrittsarbeit 68
6.1.1.1 Experimentelle Bestimmung der Austrittsarbeit 68
6.1.2 Wasserstoffadsorption 70
6.1.2.1 Wasserstoffadsorption auf anderen Vanadiumoxiden 76
6.2 Ergebnisse der schwingungsspektroskopischen Messungen 78
6.2.1 Adsorption von Wasserstoff 81
6.2.1.1 Bildung von Hydroxylgruppen 84
6.2.1.2 Vanadiumbronze 91
6.3 Thermodesorptionsspektroskopische Messungen 92
6.3.1 Modifizierter Probenaufbau 93
6.3.2 CO auf V2O5(001) 94
6.3.3 CO auf ionenbeschossenem V2O5(001) 98
7. Bandstrukturbestimmung an VO2/TiO2(110) 102
7.1 Messung in normaler Emissionsrichtung 103
7.1.1 Dipol-Auswahlregeln für die Photoemission 109
7.2 Messung in nichtnormaler Emissionsrichtung 111
8. Zusammenfassung 119
Literaturverzeichnis 123

Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/2001/128/index.html
Sprache: Deutsch
Keywords: vanadium oxide, hydrogen, ARUPS, HREELS, TDS
DNB-Sachgruppe: 30 Chemie
Datum der Disputation: 20-Mar-2001
Entstanden am: Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Prof. Dr. Hans-Joachim Freund
Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Klaus Christmann
Kontakt (Verfasser): tepper@fhi-berlin.mpg.de
Kontakt (Betreuer): freund@fhi-berlin.mpg.de
Abgabedatum:11-Jul-2001
Freigabedatum:18-Jul-2001

 

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