Sonderforschungsbereich 546

"Struktur, Dynamik und Reaktivität von Übergangsmetalloxid-Aggregaten"

Teilprojekt C1

Allgemeine Angaben
 
 

Thema:

Elektronenstruktur und Adsorptionsverhalten von geordneten Vanadium-, Molybdän- und Nioboxidoberflächen

Fachgebiete und Arbeitsrichtung:

Oberflächenchemie, Adsorption, Oxide

Beschreibung

Der Schwerpunkt der Untersuchungen im Teilprojekt C1 lag in den vergangenen Perioden auf dem Studium von geordneten Oxidfilmen und Einkristallen im Hinblick auf elektronische Eigenschaften, Oberflächenstruktur und der Wechselwirkung mit Adsorbaten. Zum Einsatz kamen hauptsächlich synchrotronstrahlungsbasierte Methoden (XPS, UPS, NEXAFS), Thermodesorptionsspektroskopie, Vibrationsspektroskopie, LEED und in neuerer Zeit auch STM. Bisher wurden ausschließlich Vanadiumoxidoberflächen (V₂O₃(0001), VO₂(110) und V₂O₅(001)) untersucht. Diese Untersuchungen sind weitgehend abgeschlossen. In einigen Bereichen sind aber noch abschließende Studien durchzuführen, wobei insbesondere die chemische Aktivität von defektierten V₂O₅(001)-Oberflächen zu nennen ist. Für die kommende Förderperiode soll das Projekt in zwei Richtungen erweitert werden. Zum einen planen wir Molybdänoxide und Nioboxide in die Untersuchungen mit einzubeziehen. Wie Vanadiumoxide können auch diese Oxide für Partialoxidationsreaktionen eingesetzt werden, wobei die Eignungen für die jeweilig interessierenden Prozesse aber deutlich unterschiedlich sind. Im Falle der Molybdänoxide konnte in vorgezogenen Studien bereits ein geordneter dünner MoO₂(001)-Film präpariert werden. Um auch höhere Oxide zu erhalten wurde eine Hochdruckzelle aufgebaut und in Betrieb genommen. Ergebnisse liegen zum momentanen Zeitpunkt noch nicht vor. Im Falle der Nioboxide liegen bereits relativ ausführliche Vorergebnisse für dünne Filme auf Cu₃Au(100) vor, die zum Teil in der Gruppe von H. Niehus (C2) und zum anderen Teil in einer Kooperation der Gruppen B1 (S. Shaikhutdinov) und C1 (dieses Projekt) erhalten wurden. Eine andere Erweiterungsrichtung ist das Studium der katalytischen Aktivität bei höheren Drücken. Viele Reaktion wie z.B. die oxdidative Propan-Dehydrogenierung lassen sich unter UHV-Bedingungen nicht vernünftig studieren, so dass der Einsatz höherer Drücke sinnvoll wird. Für in-situ-Untersuchungen stehen in der Abteilung Summenfrequenzerzeugung (SFG), polarisationsmodu1polarisationsmodulierte Infrarotspektroskopie (PM-IRAS) sowie Gaschromatographie zur Verfügung. Diese Methoden werden in Zukunft auch für Studien im Rahmen dieses Teilprojektes zur Verfügung stehen. Ein weiterer, etwas weniger fortgeschrittener Ansatz ist die ex-situ-Untersuchung von Reaktionsprodukten. Das sollte mit der bereits erwähnten Hochdruckzelle möglich sein. Die erste zu studierende Reaktion soll die oben bereits genannte oxdidative Propan-Dehydrogenierung sein.
Es gab in der Vergangenheit eine fruchtbare Zusammenarbeit mit theoretisch orientierten Teilprojekten, insbesondere C6 (K. Hermann) und C5 (V. Ganduglia-Pirovano), die auch in Zukunft fortgesetzt werden soll. Wichtig ist die Kooperation mit Projekt B1 (S. Shaikhutdinov), in dem Cluster/Träger-Systeme studiert werden. Vergleiche mit den in C1 für geordnete Filme erhaltenen Ergebnissen lassen zusätzliche Erkenntnisse erwarten.

Publikationen