Studium modelových systémů na bázi oxidů wolframu a ceru

• Název v anglickém jazyce: Study of tungsten and cerium oxides based model systems
• Akademický rok vypsání: 2013/2014
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Karel Mašek, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 27.09.2013
• Datum zadání: 27.09.2013
• Datum potvrzení stud. oddělením: 31.01.2014
• Konzultanti: prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.

Zásady pro vypracování

Fyzikálně-chemických vlastností oxidů wolframu a ceru se s výhodou využívá v oblasti heterogenní katalýzy, senzorů plynů a nově také jako katalyzátorů pro palivové články. Ke studiu vlivu struktury a morfologie katalyzátorů a senzorů na jejich fyzikálně-chemické vlastnosti se používají tzv. modelové systémy. Ty jsou zpravidla tvořeny epitaxními vrstvami připravenými na monokrystalických podložkách za přesně definovaných podmínek. Zvládnutí přípravy epitaxních vrstev je prvním krokem ke studiu modelových systémů. Chemické vlastnosti povrchů je možné dále ovlivnit modifikací povrchu pomocí depozice aktivních kovů. V modelových systémech je aktivní fáze tvořena orientovanými nanočásticemi složenými z jedné nebo více kovových složek (monometalické nebo bimetalické systémy). Znalost detailní struktury nanočástic umožňuje pochopení vzájemného vztahu struktury a jejich adsorpčních a katalytických vlastností.

Předmětem disertační práce je detailní studium podmínek přípravy oxidů wolframu a ceru s cílem vytvořit velmi kvalitní epitaxní vrstvy s požadovanou strukturou povrchu. Výsledků této části práce bude dále využito pro přípravu povrchově modifikovaných modelových systémů pomocí depozice aktivních kovů (Pd, Pt, Rh, Sn, Au..). Struktura, morfologie a chemické složení vrstev budou studovány metodou reflexní difrakce rychlých elektronů (RHEED), mikroskopií atomárních sil (AFM) a fotoelektronovou spektroskopií buzenou rtg a synchrotronovým zářením (XPS, SRPES). Chemické vlastnosti a reaktivita připravených systémů budou studovány adsorpcí a reakcí jednoduchých molekul metodami fotoelektronové a infračervené spektroskopie. Epitaxní vrstvy oxidů a kovů budou připravovány vakuovou depozicí v ultra-vakuových podmínkách.

Experimentální práce bude probíhat v ultra-vakuové aparatuře vybavené komerčním hemisférickým vícekanálovým analyzátorem pro měření elektronových spektroskopií a komerčním analyzátorem pro měření energetického rozdělení difraktovaných svazků. Přestože je disertační práce experimentální, doktorand získá i řadu teoretických znalostí v oblasti fyziky povrchů a vrstev a řadu zkušeností v oblasti zpracování digitálních signálů a obrazové informace. Konkrétní náplň práce lze přizpůsobit na základě dohody s vedoucím práce. Získané znalosti a zkušenosti s měřením na moderních zařízeních jsou využitelné v oblasti analýzy chemického složení pevných látek a povrchů (výzkum povrchů a materiálů) a jejich elektronických vlastností jak ve vědeckých tak i průmyslových laboratořích.

Seznam odborné literatury

L. Eckertová a kol., Metody analýzy povrchů - elektronová mikroskopie a difrakce, Academia, Praha 1996.
W. Braun, Applied RHEED - Reflection High-Energy Electron Diffraction during crystal growth, Springer - Verlag, Heidelberg 1999.
Ayahiko Ichimiya and Philips I. Cohen, Reflection High-Energy Elektron Diffraction, Cambridge University Press, 2004.
D. Briggs, M.P. Seah: Practical Surface Analysis, vol. 2 - Auger and X-ray Photoelectron spectroscopy, Wiley, 1990.
Časopisecká literatura.

Předběžná náplň práce

http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/php/dis-abs.php?id=291

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Tungsten oxide and cerium oxide are often used in the field of heterogeneous catalysis, gas sensing and fuel cells. Study of the influence of the structure and morphology of catalysts and gas sensors on their physical and chemical properties is performed using so called model systems. Model systems are generally formed by epitaxial layers prepared on the single-crystalline surfaces. Chemical properties of the system can be modified by deposition of active metals on the surface in form of oriented nanosized oriented particles. The main goal of this work is to study the preparation conditions and their influence to the resulting structure and morphology of high quality epitaxial layers of tungsten (cerium) oxide with requested surface structure. These systems will be used for preparation surface-modified model systems by deposition of active metals (Pd, Pt, Rh, Sn or Au). The structure, morphology and chemical composition will be studied by means of reflection high-energy electron diffraction (RHEED), atomic force microscopy (AFM) and photoelectron spectroscopy induced by X-ray and synchrotron radiation (XPS, SRPES). Chemical properties and reactivity of the systems will be tested by adsorption and reaction of simple gas molecules by means of photoelectron and infrared spectroscopy. The measurements will be performed on UHV chamber equipped with CCD camera RHEED system, hemispherical analyzer with multichannel detection and special analyzer for energy analysis of diffracted beams, placed in surface laboratory in Prague as well as at Material Science Beamline at Elettra synchrotron in Trieste. The knowledge and skills gained during the work on modern experimental equipment are useful for the future work in the field of material and surface science in scientific as well as industrial laboratories.

http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/php/dis-abs.php?id=291