Summenfrequenzerzeugungsspektroskopie an Modellkatalysatoren

Abstract

Ziel dieser Arbeit war der Aufbau eines Systems zur Summenfrequenzerzeugungs-(SFG-) spektroskopie bei Gasdrücken vom UHV bis zu einigen 100 mbar und die Messung der CO-Adsorption an unterschiedlichen Modellkatalysatoren. Die SFG-Spektroskopie vereinigt die Oberflächenselektivität nichtlinear-optischer Methoden mit der Adsorbatspezifik der Schwingungsspektroskopie und ist für Messungen bei hohen Gasdrücken geeignet. Die SFG-Messungen der CO-Adsorption an einem Ni(100)-Einkristall unter UHV-Bedingungen stehen in Übereinstimmung bekannten IRAS-Messungen. Auf einem Pt(111)-Einkristall wurden SFG-Untersuchungen in einem CO-Druckbereich vom UHV bis 200 mbar durchgeführt. Die bei einer Temperatur von 300 K und CO-Drücken oberhalb von 10 mbar gemessenen SFG- Spektren ergaben eine deutliche Abweichung von bisher veröffentlichten SFG- Messungen. Bei einer Probentemperatur von 160 K konnte der Einbau des CO in eine Eisschicht beobachtet werden. Am Modellkatalysatorsystem Pd/Al2O3 /NiAl(110) wurden die ersten SFG-Messungen an Nanopartikeln durchgeführt. Es wurde die CO-Adsorption auf Partikeln unterschiedlicher Größe in einem CO- Druckbereich von 10-7 mbar bis 200 mbar und bei unterschiedlichen Temperaturen untersucht. Die in den Spektren sichtbaren Signalmaxima konnten dem an die Partikel bridge- bzw. ontop-gebundenen CO zugeordnet werden. Bei hohen CO Drücken war ein von UHV-Messungen abweichendes Adsorptionsverhalten der Partikel zu beobachten.

The goal of this thesis was the set-up of an apparatus for the performance of Sum-Frequency-Generation-(SFG-) Spectroscopy at gas pressures from UHV to several hundred mbar and the measurement of the adsorption of CO on several model catalysts. SFG spectroscopy combines the surface sensitivity of nonlinear-optical methods with the adsorbate specificity of vibration spectroscopy and can be applied also at high gas pressures. The SFG measurements of the CO adsorption on Ni(100) are in good agreement with known IRAS measurements. The CO adsorption on Pt(111) was studied in a pressure range from UHV to 200 mbar. The spectra obtained at a temperature of 300 K and a CO pressure above ten mbar were in disagreement with previously published SFG measurements. At a temperature of 160 K, the integration of the CO into an ice layer could be observed. The SFG spectra obtained from the model catalyst Pd/Al2O3/NiAl(110) were the first published measurements of that kind on nanoparticles. The CO adsorption on particles with different sizes was studied. The spectra obtained show two features which can be assigned to the bridge- and ontop-bound CO respectively. At higher CO pressures, an adsorption behaviour different from the UHV measurements was detected.