Photoelektronenbeugung an adsorbierten Atomen und Molekülen

Abstract

In dieser Arbeit werden für verschiedene Atome und Moleküle die Strukturen bestimmt, die sie bei der Adsorption auf Oberflächen annehmen. Als Methode wird dabei Photoelektronenbeugung im scanned-energy mode verwendet. Dabei wird die Intensität von Photoemissionslinien in Abhängigkeit von der Anregungsenergie für verschiedene Emissionswinkel gemessen.

Für das System Cu(100)-O wurden bei Raumtemperatur die niedrige und hohe Bedeckung untersucht. Bei der c(2 x 2)-Struktur der niedrigen Bedeckung (Theta = 0.13) wird ein Modell vorgeschlagen, bei dem der Sauerstoff in Höhen von 0.41Å und 0.70Å über der Oberfläche in vierfach koordinierten Lochplätzen adsorbiert. Bei der (2 x 2 sqrt(2))R45°-Struktur der hohen Bedeckung (Theta = 1) wurde die missing-row-Struktur aus der Literatur bestätigt. Der Sauerstoff adsorbiert dabei in einem dreifach koordinierten Lochplatz am Rand der missing-row, zu der er um 0.04(+0.04/-0.08)Å verschoben ist. Der Abstand zum darunterliegenden Cu-Atom beträgt 2.05±0.04Å. Die benachbarten Kupferatome an der Stufenkante liegen 0.17±0.10Å unterhalb des Sauerstoffs und sind um 0.29±0.10Å aus ihrer bulk-Position zur missing-row hin relaxiert. Die zentralen Kupferatome zwischen den Sauerstoffen befinden sich 0.09(+0.16/-0.19)Å oberhalb der Sauerstoffatome.

Die Adsorption von 1 Monolage CO auf einer Pd(110)-Oberfläche wurde bei einer Temperatur von 150K untersucht. Die ermittelte Adsorption in einer pseudo- short-bridge-Position zwischen den Pd-Atomen der <110>-Reihen schließt eine früher mit TLEED festgestellte Adsorption atop aus. Der Abstand des Kohlenstoffatoms des CO-Moleküls zum nächsten Pd-Nachbarn beträgt 1.97±0.03Å. Das C-Atom befindet sich in [110]-Richtung 0.06(+0.02/-0.07)Å außerhalb der Spiegelebene und in [001]-Richtung 0.45±0.07Å außerhalb der short-bridge- Position. Die C-O-Bindungslänge wurde fest auf 1.15Å gesetzt. Die C-O-Bindung hat einen Neigungswinkel von 22±5° zur Oberflächennormalen. Im Vergleich zur [110]-Richtung ist sie um 60(+40/-20)° gedreht. Es wird eine leichte Relaxation der Pd-Oberfläche von 0.07±0.02Å festgestellt. Anzeichen für eine laterale Relaxation der Oberfläche gibt es keine. Die bestimmte Adsorptionsgeometrie deutet auf eine p1g1-Symmetrie der Oberfläche, ist aber mit einer p2mg-Symmetrie verträglich.

Die Analyse des Systems Ag(110)-CO3 bei einer Temperatur von etwa 120K bestätigte das added-row-Modell aus der Literatur. Das Carbonat adsorbiert dabei atop auf den Silberatomen der <110>-Reihen und bindet mit einem Sauerstoffatom an die Silberatome der added-row. Der Abstand des bindenden O-Atoms zum nächsten Ag-Atom beträgt 1.9±0.2Å. Der Abstand des C-Atoms zum darunterliegenden Ag-Atom beträgt 2.64±0.09Å. Die ermittelten C-O-Bindungslängen liegen zwischen 1.26Å und 1.30Å. Dabei nehmen die Sauerstoffatome wohldefinierte Positionen ein, die mit einer C2v-Symmetrie des Carbonats verträglich sind. Insgesamt ist das Carbonatmolekül um 8° im Vergleich zur Oberfläche geneigt.

Beim System NiO(100)-NH3 wurde der NiO-Film durch Oxidation einer Ni(100)-Oberfläche hergestellt. Das System wurde bei einer Temperatur von 160-170K untersucht. Der Ammoniak adsorbiert atop über einem Nickelatom. Die Ni-N-Bindungslänge ist 2.06±0.02Å. Die Bindung ist um 7±6° zur Oberflächennormalen geneigt. Die Position der Wasserstoffatome wurde aufgrund ihres geringen Streuquerschnitts nicht bestimmt.

In this work photoelectron diffraction in scanned-energy mode is used to determine structures of atoms and molecules adsorbed on surfaces. Photoelectron diffraction is based on the analysis of the energy dependence of intensity variations of photoemission lines at different emission angles.

For the system Cu(100)-O both the low coverage c(2 x 2) (theta = 0.13) and high coverage (2 x 2 sqrt(2))R45° phase (theta = 1) were investigated at room temperature. For the low coverage phase a model with oxygens adsorbed in four- fold hollow sites is proposed. Oxygen is adsorbed 0.41Å and 0.70Å above the surface in this model. For the high coverage phase, the missing-row-structure is confirmed. The oxygen atoms adsorb in three-fold coordinated sites at the edge of the missing-row and are relaxed by 0.04(+0.04/-0.08)Å towards it. They are located 2.05±0.04Å above the Cu-atom in the second layer. The Cu-atoms at the step edge are relaxed by 0.29±0.10Å towards the missing-row and situated 0.17±0.10Å below the oxygen. The location of the Cu-atoms in the center is 0.09(+0.16/-0.19)Å above the oxygen.

The adsorption of 1 monolayer of CO on the (110)-surface of Pd was investigated at a temperature of 150K. The adsorption in a pseudo-short-bridge site excludes the atop adsorption site found in an earlier TLEED study. The distance of the carbon to its next neighbour Pd-atom is 1.97±0.03Å. The carbon is offset by 0.06(+0.02/-0.07)Å in the [110]-direction from the mirror plane and 0.45±0.07Å in [001]-direction from the short-bridge site. The C-O bondlength was fixed at 1.15Å and the bond is tilted by 22±5° with respect to the surface normal. Its angle with respect to the [110]-direction is 60(+40/-20)°. A slight vertical relaxation of the first Pd-layer by 0.07±0.02Å is found. The symmetry of the determined structure is p1g1, although the error bars make the structure be still compatible with a p2mg-symmetry of the surface.

The investigation of the system Ag(110)-CO3 at a temperature of 120K confirmed the recent added-row model. The carbonate adsorbs atop a silver atom of the <110>-rows and bonds through one oxygen atom to the Ag-atoms of the added-row. The Ag-O-bondlength is 1.9±0.2Å. The distance between the C-atom and the Ag- atom below is 2.64±0.09Å. The C-O bondlengths found vary between 1.26Å and 1.30Å. The oxygen positions are well defined and are compatible with a C2v- symmetry of the carbonate. The carbonate is planar and tilted by 8° with respect to the surface normal.

The NiO(100) surface in the study of the system NiO(100)-NH3 was prepared by oxidising the Ni(100) surface. It was investigated at a temperature of 160-170K. The ammonia adsorbs atop the Ni-atoms at a distance of 2.06±0.02Å to the next neighbour Ni. The bond is tilted by 7±6° with respect to the surface normal. The position of the hydrogen atoms could not be determined due to their small scattering amplitude.