MIES (= Metastable induced Electron Spectroscopy) zur Unterscheidung von Adsorptionsplätzen an Modellsystemen für die heterogene Katalyse

• Antragsteller: Professor Dr. Harald Morgner
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5442911

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Charakterisierung von Modellsystemen für oxidgeträgerte Metallkatalysatoren ist und bleibt eine wichtige Aufgabe auf dem Weg zum Verständnis von Reaktionsmechanismen und zur Herstellung maßgeschneiderter Katalysatoren. Im Rahmen des Projektes sollte die Anwendung der Metastabileninduzierten Elektronenspektroskopie (MIES) auf solche Modellsysteme untersucht werden. Die perfekt oberflächenempfindliche Methode MIES ist dabei in der lage, die für die Katalyse relevante elektronische Struktur der obersten Atomlage zu charakterisieren. Mittels einer von uns entwickelten (und im vorliegenden Projekt weiterentwickelten) Auswerteroutine für Serien von MIE-Spektren gelang es uns, Referenzspektren für das System Ni/NiO/Ni(100) zu ermitteln, die das Oxid (unter Einbeziehung einer möglichen Energieverschiebung) und unterschiedlich großer Nickel-Cluster beschreiben. So konnte gezeigt werden, dass sich zunächst kleine nichtmetallische Aggregate auf der Oberfläche abscheiden, während Cluster, die mehr als 7 Oberflächenatome enthalten, metallischen Charakter tragen. Ein wesentliches Ergebnis der hier vorgestellten Untersuchungen war der direkte Nachweis von Oberflächensauerstoff auf den metallischen Nickeladsorbaten, der offenbar als „surfactant“ für das Wachstum von Nickel dient. Ein eher unbeabsichtigter Effekt bei der zunächst erfolgten Verdampfung von Nickel aus einem Graphittiegel war die Adsorption von Kohlenwasserstoffen. Mit Hilfe der quantitativen Auswertung der MIE-Spektren konnte aber gezeigt werden, dass diese exklusiv auf den Nickelclustern adsorbiert sind. Damit wurde prinzipiell das Potential von MIES zur Bestimmung von Adsorptionsplätzen bestätigt. Weitere in diese Richtung gehende Experimente lieferten aber zurzeit noch keine aussagekräftigen Ergebnisse. Eine Analyse des Systems Ni/TiO2(110) erlaubte die Unterscheidung von 2 Arten von Nickelclustern, die sich in ihrer elektronischen Struktur unterscheiden. Das Verhalten der Cluster in Abhängigkeit von der Temperatur ließ den Schluss zu, dass es sich dabei um unterschiedlich große Agglomerate handelte. Des Weiteren konnte eine Dekoration von Nickel mit TiO2 bei Temperaturen oberhalb von 250°C nachgewiesen werden. Eine genauere strukturelle Charakterisierung dieser Deckschicht steht noch aus.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2005) Evaporation of Ni and carbon containing species onto NiO/Ni as case study for metal support catalysts investigated by Metastable Induced Electron Spectroscopy (MIES). Radiation Physics and Chemistry 74 201-209
  Berlich, A., Liu, Y.-C., Morgner, H.
  
• Characterization of Ni/NiO heterogeneous systems by metastable induced electron spectroscopy (MIES) as a case study for metal supported catalysts. 89th International Bunsen Discussion Meeting „Chemical processes at oxide surfaces: from experiment to theory“, 15.-17.06.2005, Meschede
  A. Berlich, Y.-C. Liu, H. Morgner
  
• Metastable Induced Electron Spectroscopy (MIES) as a powerful tool to characterize the surface of metal supported catalysts. 105. Hauptversammlung der Deutschen Bunsengesellschaft für Physikalische Chemie, 25.-27.05.2006, Erlangen
  A. Berlich, Y.-C. Liu, H. Morgner
  
• Nickel auf NiO-Filmen: Analyse von Struktur und Reaktivität mittels Metastabilen induzierter Elektronenspektroskopie (MIES). 105. Hauptversammlung der Deutschen Bunsengesellschaft für Physikalische Chemie, 25.-27.05.2006, Erlangen
  Y.-C. Liu, A. Berlich, H. Morgner
  
• (2008) Growth of nickel nanoparticles on NiO/Ni(001): Evidence of adsorbed oxygen on metal particles by metastable induced electron spectroscopy (MIES). Surface Science 602 3737-3744
  Berlich, A., Liu, Y.-C., Morgner, H.
  
• Reactivity of Nickel on oxide surfaces: evidence of surface oxygen. DPG-Frühjahrstagung, 25.-29.02.2008, Berlin
  Y.-C. Liu, H. Strauß, A. Berlich, H. Morgner
  
• Reactivity of nickel on TiO2(110) – electron spectroscopic evidence of TiO2 covering layers after annealing. 108. Hauptversammlung der Deutschen Bunsengesellschaft für Physikalische Chemie, 21.-23.05.2009, Köln
  A. Berlich, H. Strauß, Y.-C. Liu, H. Morgner