Příprava tenkých vrstev CeO2 a jejich charakterizace metodou rastrovací tunelové mikroskopie (STM)

• Název práce v češtině: Příprava tenkých vrstev CeO₂ a jejich charakterizace metodou rastrovací tunelové mikroskopie (STM)
• Název v anglickém jazyce: Preparation of thin CeO₂ films and their characterization with scanning tunneling microscopy (STM)
• Akademický rok vypsání: 2007/2008
• Typ práce: bakalářská 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: 02.11.2007
• Datum zadání: 02.11.2007
• Datum a čas obhajoby: 23.06.2008 00:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 23.06.2008
• Datum proběhlé obhajoby: 23.06.2008
• Oponenti: Mgr. Jakub Javorský, Ph.D.
• Konzultanti: prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.

Zásady pro vypracování

1) Seznámení se s metodami přípravy vzorků v ultravysokém vakuu a s charakterizací jejich morfologie pomocí STM
2) Příprava tenkých vrstev CeO₂ na Cu(111)
3) Získání přehledu o vlivu parametrů přípravy na morfologii tenkých vrstev CeO₂, optimalizace morfologie pro systematické studium povrchu CeO₂ pomocí STM.

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 Solin Films, v tisku

Předběžná náplň práce

Oxid ceru CeO2 má neobyčejnou schopnost pohlcovat, přenášet a uvolňovat kyslíkové ionty, což z něj dělá jeden z materiálů nejvíce používaných 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 [1]. Adsorpce a desorpce kyslíku a katalytické reakce vůbec probíhají na povrchu CeO2, proto jsou experimentální studie povrchových vlastností CeO2 jedním ze základních vstupů pro poznání katalytických mechanismů na CeO2.

Vedle integrálních metod fyziky povrchů umožňujících měřit krystalovou (elektronová difrakce) a chemickou strukturu (fotoelektronová spektroskopie) povrchů se ve studiu povrchu CeO2 začaly v poslední době uplatňovat lokální metody fyziky povrchů, především rastrovací tunelová mikroskopie (STM) [2]. Tato technika umožňuje zobrazení povrchu s atomárním rozlišením, což je obzvlášť výhodné pro studium neperiodických povrchových defektů (kyslíkových vakancí), jejichž vlastnosti přímo ovlivňují povrchovou reaktivitu CeO2.

Nedostatečná elektrická vodivost CeO2 znesnadňuje STM měření na jeho povrchu [3]. Řešením je příprava tenkých vrstev CeO2, jejichž povrch odpovídá povrchu monokrystalu a jsou neseny na kovovém substrátu („modelových“ povrchů CeO2) [4]. Nedávná studie provedená v pracovní skupině fyziky povrchů ukázala, že velmi dobrým kandidátem na modelový povrch CeO2 je vrstva CeO2(111) na monokrystalickém povrchu Cu(111), která díky výhodnému poměru (1,50) mřížkových konstant substrátu a depozitu roste bez vnitřního pnutí a podle integrálních měření má požadovanou povrchovou strukturu i stochiometrii [5].

Cílem vypsané bakalářské práce je provést první lokální měření morfologie vrstev CeO2 na Cu(111) pomocí STM a optimalizace morfologie těchto vrstev. Výsledky práce jsou přímo publikovatelné. Výsledky budou použity jako základ déledobého výzkumného programu věnovaného studiu vlastností modelových povrchů CeO2 pomocí STM (možnost navazující diplomové práce).