Studium tenkých vrstev oxidu ceru metodami rastrovací tunelové mikroskopie (STM) a spektroskopie (STS)

• Název práce v češtině: Studium tenkých vrstev oxidu ceru metodami rastrovací tunelové mikroskopie (STM); a spektroskopie (STS)
• Název v anglickém jazyce: Scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) study of thin ceria; films
• Akademický rok vypsání: 2008/2009
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Vedoucí / školitel: doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 04.11.2008
• Datum zadání: 04.11.2008
• Datum a čas obhajoby: 17.05.2010 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 17.05.2010
• Datum proběhlé obhajoby: 17.05.2010
• Oponenti: doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc.
• Konzultanti: prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.

Zásady pro vypracování

1) Důkladné seznámení se s experimentálními metodami STM a STS
2) Příprava modelových povrchů CeO2 - jde o povrchy tenkých vrstev CeO2 na kovových substrátech, které budou mít dostatečnou elektrickou vodivost a vhodnou povrchovou strukturu umožňující systematická STM a STS měření
3) Charakterizace vlastních i indukovaných defektů modelových povrchů CeO2 metodami STM a STS - měření morfologie, prostorové korelace a elektronové struktury defektů.
4) Vyhodnocení, prezentace a publikace získaných dat

Seznam odborné literatury

[1] Catalysis by ceria and related materials, edited by A. Trovarelli (Imperial College Press, London, 2002)
[2] C. Julian Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy (Oxford University Press, USA, 2007)
[3] Esch a kol., Science 309, 752, 2005.
[4] Berner a Schierbaum, Phys. Rev. B 65, 235404, 2002.
[5] Šutara a kol., Thin Solid Films 516, 6120, 2008.
[6] F. Dvořák, Bakalářská práce, KFPP MFF UK, 2008.

Předběžná náplň práce

http://physics.mff.cuni.cz/kfpp/php/dipl-abs.php?id=609

Oxid ceru CeO2 má neobyčejnou schopnost pohlcovat, přenášet a uvolňovat kyslík, což z něj dělá jeden z nejvíce používaných materiálů v průmyslové katalýze (třícestné katalyzátory spalovacích motorů) a také materiál použitelný v perspektivních technologiích - jako elektrolyt pevnolátkových palivových článků a jako katalyzátor při výrobě vodíku. Toto chování CeO2 je dáno jeho snadnou a vratnou redukovatelností na Ce2O3.

Adsorpce, desorpce a katalytické reakce jsou lokální povrchové procesy silně ovlivněné přítomností povrchových atomárních defektů a vznikem a zánikem těchto defektů samy provázené. Experimentální studium povrchových atomárních defektů umožňuje rastrovací tunelová mikroskopie (STM), která dokáže zobrazit jejich morfologii a rastrovací tunelová spektroskopie (STS), která dokáže určit jejich lokální elektronovou strukturu. Na základě měření STM a STS lze posuzovat chemickou reaktivitu povrchových defektů. Tato měření jsou proto jedním ze základních vstupů pro poznání katalytických mechanismů na CeO2.

Metodou STM byly již charakterizovány tzv. vlastní (intrinsické) povrchové defekty CeO2 - povrchové kyslíkové vakance. Důležitou roli v praktických aplikacích hrají i defekty indukované, způsobené přítomností atomů kovů na povrchu CeO2. Problematika experimentálního studia indukovaných povrchových defektů na CeO2 je dosud otevřená, stejně jako obecná problematika STS na povrchu CeO2. Těmto tématům bychom rádi věnovali vypisovanou diplomové práci.

Diplomová práce bude prováděna ve skupině fyziky povrchů na nově instalovaném rastrovacím tunelovém mikroskopu. Téma práce úzce navazuje na problematiku reaktivity modelových povrchů CeO2 studovanou ve skupině integrálními metodami povrchové fyziky - elektronovou difrakcí a fotoelektronovou spektroskopií.

Tematika této práce je také součástí programu akademické výměny mezi Karlovou Univerzitou a Univerzitou H. Heina v Düsseldorfu (SRN). Součástí diplomové práce může být pobyt ve skupině Prof. K. Schierbauma v tamním Ústavu fyziky pevných látek, kde je k dispozici aparatura kombinující lokální (STM) a integrální (XPS - fotoelektronová spektroskopie, LEED - difrakce pomalých elektronů) metody studia povrchů.