Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

WWW-Server für Frühjahrstagungen und E-Verhandlungen

E-Verhandlungen 1998
Programm und Abstacts der Sitzung O 22

•Y. D. Kim, S. Wendt, S. Schwegmann, H. Bludau, H. Over und G. Ertl
Fritz-Haber-Institut, Berlin

Das anomale Verhalten von Ruthenium bei der katalytischen CO-Oxidation ist eng verknüpft mit der Ausbildung sauerstoffreicher Phasen [1,2]. Da deren Formierung bei der dissoziativen O₂-Adsorption kinetisch gehemmt ist, wurde für die Präparation Stickstoffdioxid verwendet. Auf diese Weise können auf der Ru(0001)-Oberfläche die folgenden Sauerstoffphasen dargestellt werden: (2×2)-O [3], (2×1)-O [4], (2×2)-3O, (1×1)-O [5] und (1×1)-O mit vergrabenem Sauerstoff. Die lokalen Sauerstoff-Adsorptionsgeometrien der Hochbedeckungsphasen wurden mit Hilfe von LEED-Strukturanalysen bestimmt und sollen kritisch verglichen werden. Koadsorption von Cs und CO verändern die Bindungsgeometrie von Sauerstoff, wie ebenfalls durch LEED-Strukturanalysen nachgewiesen werden konnte. Aus den spezifischen Strukturänderungen wird auf die Art der Wechselwirkung zwischen Sauerstoff und den Koadsorbaten geschlossen.

[1] C. H. F. Peden and D. W. Goodman, JPC 90, 1360 (1986)

[2] A. Böttcher, S. Schwegmann, H. Over, G. Ertl, JPC, accepted

[3] M. Lindroos, H. Pfnür, G. Held, D. Menzel, Surf. Sci. 222,451 (1989)

[4] H. Pfnür, G. Held, M. Lindroos, D. Menzel, Surf. Sci. 220, 43 (1989)

[5] C. Stampfl, S. Schwegmann, H. Over, M. Scheffler, G. Ertl, PRL 77, 3371 (1996)

•C. Nagl, R. Schuster, S. Renisch und G. Ertl
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck Gesellschaft, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin

Mittels STM wurde das thermodynamische Verhalten einer zweidimensionalen Mischung von N und O auf Ru(0001) untersucht. Stickstoff und Sauerstoff bilden im thermodynamischen Gleichgewicht zwei Phasen mit unterschiedlicher Dichte: Eine O-reiche, dichte 2×2-Phase und ein N-reiches Gittergas. Die Menge an N in der dichten 2×2-Phase ist nun stark abhängig von der Dichte und damit vom Druck des zweidimensionalen Gittergases. Die geringere Menge an N in der dichten Phase deutet auf eine positive Mischungsenthalpie hin. Aus der Abhängigkeit des Gittergasdrucks von der Menge des in der dichten Phase gelösten N kann im Rahmen der Bragg-Williams Approximation - analog zu einer regulären binären Mischung in 3D - die Wechselwirkungsenergie zwischen N und O bestimmt werden. Monte-Carlo-Simulationen zeigen eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Daten und damit auch die Anwendbarkeit der Bragg-Williams Approximation auf dieses System.

•S. Renisch, R. Schuster, J. Trost, J. Wintterlin und G. Ertl
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Faradayweg 4-6, D-14195 Berlin

Die laterale Wechselwirkung in Adsorbatschichten ist eine bestimmende Größe für deren thermodynamische Eigenschaften, wie Ordnungsverhalten etc., ihre Messung ist jedoch mit den meisten Verfahren nur indirekt möglich.

Zur direkten Bestimmung der lateralen Wechselwirkung von Sauerstoff auf Ru(0001) wurde mit einem schnellen STM die diffusive Bewegung von adsorbierten O-Atomen beobachtet. Aus der Verfolgung der Trajektorien der Adsorbatteilchen wurden die Hüpfraten von Atomen mit verschiedenen Anfangs- und Endkonfigurationen (z.B. freie Atome, Anlagerung an und Ablösung von (2×2)-Inseln) bestimmt; der Vergleich der Hüpfraten gestattet die Berechnung des effektiven Paarwechselwirkungspotentials.

Wir finden ein Minimum der Paarwechselwirkung von etwa -40meV bei einer Entfernung von 2 Gitterkonstanten. Für größere Abstände nimmt der Betrag der Wechselwirkung innerhalb einer Gitterkonstante praktisch auf 0 ab.

•M. Gsell, M. Stichler, P. Jakob und D. Menzel
Physik-Department E20, Technische Universität München, D-85747 Garching

Eine TENSOR LEED-Analyse liefert die genaue geometrische Struktur dieser bisher erst mit STM und HREELS [1] untersuchten neuen geordneten Sauerstoffüberstruktur auf Ru(001) bei einer Bedeckung von 0.75ML. Ebenso wie in den bekannten (2×2), (2×1) und (1×1)-Strukturen adsorbiert der Sauerstoff auf hcp-Plätzen, sodaß die 3 Sauerstoffatome pro (2×2)-Einheitszelle eine (2×2)-Lochstruktur bilden. Die Sauerstoffadsorption verursacht eine leichte Rekonstruktion der 1. und 2. Rutheniumlage, welche sich sowohl in einer lateralen Verschiebung der an der Bindung beteiligten Atome wie auch in einem 'buckling' äußert. Der mittlere Abstand zwischen Sauerstoff und Rutheniumoberfläche von 1.22Å fügt sich gut in die Reihe der bereits bekannten Strukturen ein: O(2×2) mit d_O-Ru=1.18Å, O(2×1) mit d_O-Ru=1.20Å und O(1×1) mit d_O-Ru=1.25Å. Auch bei den Abständen zwischen den oberen drei Substratlagen schließt sich dieses Bild.

[1] K. L. Kostov, M. Gsell, P. Jakob, T. Moritz, W. Widdra, und D. Menzel, Surf. Sci. im Druck

•J. Kröger, S. Lehwald und H. Ibach
Institut für Grenzflächenforschung und Vakuumphysik des Forschungszentrums Jülich, D-52425 Jülich

Mittels Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) haben wir die p(2×2)O-Adsorbatphase (Q=0,25 ML) bei 110 K charakterisiert und ihren Einfluß auf die Oberflächensubstratphononen studiert.
Für kleine Bedeckungen (Q < 0,25 ML) adsorbieren die O-Atome in der langen Brücke. Die spekularen Spektren der mit 0,25 ML begasten Oberfläche lassen auf die simultane Besetzung der langen Brücke und des dreifach koordinierten Lochplatzes schließ en. In der geordneten p(2×2)-Überstruktur residieren die O-Adatome vorwiegend in der langen Brücke. Größ ere Bedeckungen (Q > 0,25 ML) bewirken einen Übergang zum Lochplatz.
Die mittels winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie [1] vermessenen Fermi-Konturen von Oberflächenzuständen der p(2×2)-Phase zeigen die Möglichkeit von Fermi-Surface-Nesting. Ähnlich wie im Fall der gesättigten (1×1)H-Phase [2] wurden anomale Frequenzabsenkungen von Oberflächenphononmoden des Substrats erwartet. Überraschenderweise zeigen unsere gemessenen Dispersionskurven der Phononmoden keinerlei anomales Verhalten.

[1] S. D. Kevan, Surf. Sci. 307-309 (1994) 832

[2] E. Hulpke und J. Lüdecke, Phys. Rev. Lett. 68 (1992) 2846

•Artur Böttcher und Horst Niehus
Institut für Physik, Humboldt-Universität, Invalidenstr. 110, 10115 Berlin

Die Formierung von Subsurface-Sauerstoff an der Ru(0001) Oberfläche wurde mittels TDS, LEED und der He-Streuung unter UHV Bedingungen untersucht. Durch die dissoziative Chemisorption von verschiedenen molekularen Trägern des atomaren Sauerstoffes (NO₂, O₂ und N₂O) konnten große Mengen an atomarem Sauerstoff (bis zu 25ML) in den Subsurfacebereich eingeführt werden. Eine solche Phase kann erst dann beginnen sich zu bilden, wenn die Formierung einer adsorbierten 2D-Sauerstoffphase abgeschlossen ist und sich durch (1x1) Symmetrie der LEED Pattern auszeichnet. Die Probentemperatur, bei der das Durchdringen des Monolayers einsetzt, liegt bei 550K, und die Aktivierungsenergie für diesen Prozeß beträgt 0.5eV für O₂ und 0.84eV für N₂O. Die gesamte deponierte Sauerstoffmenge wird nicht durch die Präsenz von preadsorbierten Cs Atomen erhöht. Dagegen wächst die Sauerstoffmenge mit der lateralen Dichte der Oberflächendefekte. Diese verschieben den Temperaturbereich, in dem der Prozeß einsetzt von 550K bei einer glatten bis zu 350K bei einer rauhen Oberfläche. Die Formierung des Subsurface-Sauerstoffes wird mit den thermischen Vibrationen in der (1x1)-O/Ru Phase erklärt.

•T. Moritz, K. Kostov, D. Menzel und W. Widdra
Physik-Department E20, Technische Universität München, D-85747 Garching

Die erst kürzlich [1] entdeckte (1×1)-O-Ru(001) Phase, die sowohl durch hohe Expositionen von molekularem Sauerstoff bei einer Oberflächentemperatur von 600 K, als auch durch dissoziative Adsorption von NO₂ bei 600 K präpariert werden kann, wurde mittels HREELS untersucht. In Übereinstimmung mit einer früheren Arbeit [2] wurde die dipolaktive Sauerstoff-Substrat-Streckschwingung bei 652 cm^-1 gefunden. Durch Anregung mit Stoßstreuung wurden darüberhinaus die beiden entarteten frustierten Sauerstoff-Translationsschwingungen parallel zur Oberfläche bei 500 cm^-1 identifiziert. Die Dispersion dieser Moden sowie die des Rayleigh-Phonons wurde in der Oberflächen-Brillouinzone entlang GK vermessen. Das Rayleigh-Phonon zeigt für kleine k_|| zunächst eine lineare Dispersion. Nahe des K-Punkts flacht die Dispersion ab; die Energie am Zonenrand erreicht etwa 150 cm^-1. Die Sauerstoff-Substrat-Streckschwingung zeigt eine für eine optische Mode starke Dispersion von 90 cm^-1 entlang GK. Darin kommt eine starke laterale Wechselwirkung in der (1×1)-Sauerstoffschicht zum Ausdruck.

[1] C. Stampfl, S. Schwegmann, H. Over, M. Scheffler und G. Ertl, Phys. Rev. Lett. 77 (1996) 3371.

[2] P. He und K. Jacobi, Phys. Rev. B 55 (1997) 4751.

•K. Schmidt, A. Vollmer, S.L.M. Schröder und K. Christmann
Institut für Physikalische Chemie, FU Berlin

Wir haben die Adsorption von molekularem Sauerstoff auf einer reinen Ru(10[`1]0)-Oberfläche im Temperaturbereich 30 £ T £ 150 K mittels inverser Photoemission, thermischer Desorption (TDS), UV-Photoelektronenspektroskopie (UPS) und DF-Messungen untersucht. TDS zeigt abhängig vom Bedeckungsgrad zwei O₂-Bindungszustände bei 57 K und 41 K mit Bindungsenergien von 14 kJ mol^-1 (Kinetik 1. Ordnung) bzw. rund 9 kJ mol^-1 (0. Ordnung), die sich der (schwach chemisorbierten) ersten Monolage bzw. der kondensierten (physisorbierten) O₂-Phase zuordnen lassen. LEED-Messungen zeigen keine signifikante Fernordnung in beiden Phasen. Die Elektronenaustrittsarbeit erhöht sich (anfangs linear) mit der O₂-Dosis bis auf einen Sättigungswert von 1,3 eV. UPS zeigt bevorzugte Anregung des p^*-2p[1p_g] O₂-Molekülorbitals der ersten Lage bei ungefähr 4,3 eV unterhalb von E_F. Dieser Wert verschiebt sich um mindestens 1,1 eV zu höheren Bindungsenergien, wenn sich die kondensierte Phase herausbildet, während die Emissionen aus den p-2p[1p_u]- und s-2p[3 s_g]-Orbitalen durch die Gegenwart der O₂-Kondensationsschicht signifikant verbreitert werden.

A. Cudock¹, H. Froitzheim¹ und •M. Schulze^2
1Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Universität Erlangen, Egerlandstr. 3, 91058 Erlangen
²Institut für Technische Thermodynamik, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Pfaffenwaldring 38, 70569 Stuttgart

Die Oxidation von CO mit Sauerstoff auf der Pt(111)-Oberfläche wurde mit zeitaufgelöster Elektronenenergieverlustspektroskopie untersucht. CO adsorbiert auf Pt(111) auf on-top und Brückenplätzen, wobei das CO auf den on-top Plätzen fester gebunden ist als das CO auf Brückenplätzen. Für adsorbierten atomaren Sauerstoff steht nur eine Platzsorte zur Verfügung. Coadsorptionsexperimente von CO und atomarem Sauerstoff zeigen, daß CO lediglich die Sauerstoffadsorption vollständig blockiert, während der Sauerstoff nur die CO-Adsorption auf Brückenplätzen nicht aber auf on-top Plätzen blockiert. Die Bedeckungen wurden bei Messungen mit gepulstem Angebot einer Gassorte zeitaufgelöst verfolgt. Die Besetzung von CO auf Brückenplätzen wird bei der Reaktion mit Sauerstoff schneller abgebaut als die in on-top Plätzen.

[HOME]

[Archiv]

[E-Verhandlungen 1998]

[Regensburg]

[Fachverband O]

[Sitzung O 22]

Zuletzt geändert am 05.08.1998

Fragen, Kommentare, Anregungen und Kritik