Adsorbat-modifiziertes Wachstum ultradünner Seltenerdoxid ... - E-LIB

nität für die MOSFET-Anwendung erlaubt und somit möglicherweise den Weg zur
erfolgreichen Integration der Seltenerdoxide als High-k-Gateoxide bereitet.
Ceroxid wird in der Katalyse bereits im typischen Drei-Wege-Katalysator als Sauerstoff-Reservoir
für die durch Rh/Pt-Partikel katalysierte Oxidation von CO, Kohlenwasserstoffen
und Stickoxiden eingesetzt und weiter erforscht, da es in der Lage ist,
Sauerstoff in vergleichsweise großen Mengen aufzunehmen, im Kristallgitter zu transportieren
und wieder freizusetzen [36,37]. Dieses ist darauf zurückzuführen, dass Ceroxid
in den beiden Oxidationszuständen Ce 3+ (Ce 2 O 3 ) und Ce 4+ (CeO 2 ) vorkommt,
welche reversibel durch Oxidation und Reduktion ineinander überführt werden können
[37]. Daneben wird es für vielfältige katalytische Anwendungen zur Wasserstoffgewinnung
untersucht, wie z. B. durch die Wassergas-Shift-Reaktion (WGS) [38]
oder durch die solare Wasserstofferzeugung [39]. Weiterhin ist die Verwendung von
Ceroxid in Brennstoffzellen sehr vielversprechend [40, 41].
Durch systematische Studien von sogenannten Modellkatalysatoren mit steigender
Komplexität erhofft man sich ein fundamentales Verständnis der der Katalyse zugrunde
liegenden physikalischen Phänomene [37,42–44]. Zunächst wurden in bereits
erfolgten Untersuchungen Metalle und Oxide als einfachere Modellsysteme verwendet,
bevor komplizierte Systeme wie Übergangsmetall-Nanopartikel auf Oxidsubstraten
und schließlich inverse Modellkatalysatoren (Oxide auf Übergangsmetall-
Substraten) in die Katalyseforschung Einzug erhielten [45]. Durch diese Vorgehensweise
konnten bereits erste katalytisch aktive Plätze und Reaktionsmechanismen
von komplexen realen Katalysatoren aufgeklärt werden [46–48].
Trotz der oben genannten Erfolge ist der Einfluss des Wachstumsmechanismus, der
Struktur und der Morphologie der Oberfläche der Modellkatalysatoren auf die Entstehung
der katalytisch aktiven Plätze, die für die katalytische Aktivität und die
chemische Selektivität verantwortlich sind, noch nicht ausreichend verstanden. In
zahlreichen Experimenten konnte zwar bereits nachgewiesen werden, dass Sauerstoff-
Fehlstellen und unterkoordinierte Plätze auf Ceroxid-Oberflächen, die vermehrt an
Stufenkanten vorkommen [49], zu einer erhöhten katalytischen Aktivität führen
[50–52], und Nilius et al. [53] vermuteten kürzlich, dass sogar der genaue Typ einer
Stufenkante die katalytische Aktivität von Ceroxid maßgeblich beeinflusst. Es liegen
bis jetzt jedoch nur wenige Studien vor, die den Wachstumsmechanismus und
dessen Auswirkung auf die Kristallstruktur, Defekte und Oberflächen-Morphologie
der Modellkatalysatoren mit Hilfe von mikroskopischen Methoden, wie z. B. Rastertunnelmikroskopie
(scanning tunneling microscopy, STM) [24,49] oder Rasterkraftmikroskopie
(atomic force microscopy, AFM) [54] untersucht haben.
Ziel dieser Dissertation ist es deshalb, erstmals einen inversen Modellkatalysator am
Beispiel von Ceroxid auf Ru(0001) mit Hilfe eines SPELEEM-Instruments (spectroscopic
photoemission and low-energy electron microscope) und komplementärer
Messmethoden umfassend zu untersuchen und dadurch einen entscheidenden Beitrag
zum tieferen Verständnis des Wachstumsmechanismus, der Oberflächen-Struktur
und -Morphologie sowie des Oxidationszustands des Ceroxids in Abhängigkeit der
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