dc.contributor.author
Li, Henan
dc.date.accessioned
2018-06-07T22:40:03Z
dc.date.available
2012-12-20T06:48:27.219Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/9510
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-13709
dc.description.abstract
Carbon can be used as an alternative to metal based catalysts for oxidative
dehydrogenation reaction (ODH) of aromatic hydrocarbons, alkanes or alkenes.
The active sites of the catalyst are still unknown, but it should be either
one or more of the oxygen functional groups. On the other hand, carbon
materials are used as catalytic supports for metal particles. The oxygen
groups on the support material are the anchoring sites to immobilize the metal
particles. The interaction between oxygen groups and metal particles improves
the catalytic activity and selectivity of the catalyst. Therefore,
functionalization of carbon materials is a very important method, furthermore
it is important to know how many different oxygen groups exist on the carbon
surface. There is still a big lack of information about the kind of oxygen
groups on carbon. Highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) is a well-defined
model system without any metal impurities and pores. Therefore, the oxygen
functionalities on HOPG were studied. To study the nature of the induced
oxygen groups, combined Temperature Programmed Desorption (TPD) and X-Ray
Photoelectron Spectroscopy (XPS) were used. UV photoelectron spectroscopy
(UPS) was applied to monitor the electronic structure and the damage of the
HOPG surfaces. The surface morphology was characterized by Scanning Electron
Microscopy (SEM) and Scanning Tunneling Microscopy (STM). Since the
dissociation rate of oxygen on defect-free HOPG is practically zero, defects
were introduced on HOPG by sputtering. Two paths were used: Sputtering with
argon in an oxygen- or water-gas atmosphere and sputtering with argon and
oxygen itself. Our investigation shows that sputtering with oxygen produces
mainly oxygen species in the HOPG matrix. In contrast, sputtering with Ar in
oxygen gas atmosphere produces mainly oxygen species in a small amount and
these oxygen species are situated on the HOPG surface. The second sputter
method is used as the standard method for functionalization of HOPG, with the
goal of generating oxygen groups on it. Even though HOPG is a well-defined
material, there are various construction defects in the HOPG matrix. Our
investigation shows that these minimal differences of the original HOPG
structure can be determined with Ar-TPD spectra. Furthermore, this method can
be used to assess the HOPG quality. In XPS spectra, various oxygen 1s signals
occur only in a narrow range of 2.5 eV and overlap in this range. Thus, it is
very difficult to identify single oxygen peaks and assign them clearly. In the
literature, O1s peaks are fitted with different numbers of O1s components, but
without mentioning why a certain number of oxygen groups is used for O1s-XPS
fitting. Our investigation shows clearly, at least five O1s components are
necessary to fit the O1s XPS spectra properly. The thermal stability and
oxidizability of the oxygen components is used to discuss the character of the
oxygen components.
de
dc.description.abstract
Kohlenstoff kann als Alternative zu metallbasierten Katalysatoren für die
oxidative Dehydrierungsreaktionen (ODH) von aromatischen Kohlenwasserstoffen,
Alkanen oder Alkenen verwendet werden. Die aktiven Zentren des Katalysators
sind noch unbekannt, aber es sollte eine oder mehrere der Sauerstoffgruppen
sein. Andererseits werden Kohlenstoffe als Trägermaterialien für Metall-
Katalysatoren verwendet. Die Sauerstoff-Gruppen auf den Trägermaterialien sind
Verankerungsstellen für die Metallpartikel. Des Weiteren finden
Wechselwirkungen zwischen den Metallpartikeln und Sauerstoffgruppen statt,
dadurch wird die katalytische Aktivität und Selektivität verbessert. In diesem
Zusammenhang ist es sehr wichtig zu wissen, welche Arten von Sauerstoffgruppen
es auf dem Kohlenstoff gibt. Bis jetzt ist über diese Sauerstoffgruppen immer
noch sehr wenig bekannt. Highly oriented pyrolytic Graphite (HOPG) ist ein
sehr gut definiertes Modellmaterial ohne Metallverunreinigungen und Poren.
Deshalb wurden Sauerstoffgruppen auf HOPG funktionalisiert und mittels einer
Kombination von temperatur- programmierter Desorption (TPD) und Röntgen
Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) untersucht. UV-Photoelektronen-
Spektroskopie (UPS) wurde verwendet, um die elektronische Struktur und die
Beschädigung der Oberflächen zu überwachen. Die Untersuchung der HOPG-
Morphologie erfolgte mittels Rasterelektron-Mikroskopie (SEM) und
Rastertunnel-Mikroskopie (STM). Da die Dissoziationsrate von Sauerstoff auf
defektfreiem HOPG praktisch null ist, wurden Defekte durch Sputtern auf HOPG
erzeugt. Zwei Wege wurden hier beschritten: Sputtern mit Argon in einer
Sauerstoff- oder Wassergasatmosphäre und das Sputtern mit Argon und Sauerstoff
selbst. Unsere Untersuchung zeigt, Sputtern mit Sauerstoff erzeugt
hauptsächlich Sauerstoff-Spezies in der HOPG-Matrix. Sputtern mit Ar in
Sauerstoff-Gasatmosphäre erzeugt hauptsächlich Sauerstoff-Spezies in kleiner
Menge auf der HOPG-Oberfläche. Diese Sputter-Methode wird als Standard-
Funktionalisierungsmethode verwendet, um Sauerstoffgruppen auf HOPG zu
erzeugen. Obwohl HOPG ein gut definiertes Modellmaterial ist, gibt es
Konstruktionsdefekte in der HOPG-Matrix. Unsere Untersuchung zeigt, dass diese
minimalen Strukturunterschiede mit Ar-TPD-Spektren detektiert werden können.
Dadurch kann die HOPG Qualität beurteilt werden. Sauerstoff auf HOPG wird
hauptsächlich mit XPS bestimmt. In XPS-Spektren kommen verschiedenen O1s-
Signale nur in einem engen Bereich von 2,5 eV vor und überlappen sich. Somit
ist es sehr schwierig einzelne Sauerstoff-Komponenten zu identifizieren und
zuzuordnen. In der Literatur wurden O1s-Signale mit zwei bis sieben
Sauerstoff-Komponenten gefittet, allerdings ohne zu erklären, warum eine
gewisse Anzahl von Komponenten verwendet wird. Unsere Untersuchung zeigt
deutlich, dass mindestens fünf Sauerstoff-Komponenten notwendig sind, um die
O1s-XPS-Spektren zu fitten. Anhand der Thermostabilität und Oxidierbarkeit der
Sauerstoffgruppen werden die Eigenschaften der funktionellen Gruppen
diskutiert.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
Oxygen functionality
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie
dc.title
Determination of oxygen functionality on Highly Oriented Pyrolytic Graphite
(HOPG)
dc.contributor.contact
henan@gmx.net
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Robert Schlögl
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Thomas Risse
dc.date.accepted
2012-12-12
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000040374-0
dc.title.translated
Erzeugung und Untersuchung von funktionellen Sauerstoffgruppen in
hochgeordnetem pyrolytischen Graphit (HOPG)
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000040374
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000012730
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access