Molekulare Adsorbate und ultradünne Metallfilme auf Metallen - Strukturbestimmungen mittels Photoelektronenbeugung

Abstract

In dieser Arbeit werden methodische Entwicklungen der Photoelektronenbeugung für die Strukturbestimmung von Adsorbatschichten auf Metalloberflächen und die Bestimmung der geometrischen Struktur zahlreicher Adsorbatsysteme beschrieben. Die wichtigsten Aspekte zum ersten Teil sind apparative Verbesserungen, Weiterentwicklungen bei der Datenanalyse und der Strukturbestimmung und letztlich die Integration all dieser Teilschritte, um Strukturbestimmungen an Systemen durchzuführen, die für die heterogene Katalyse interessant sind. Die Bestimmung der geometrischen Struktur hatte bei mehreren Systemen weitreichende Folgen. Hervor zu heben ist, dass für NO und CO auf der Ni(111)-Oberfläche die bisher als recht verläßlich angenommene Zuordnung von Lage der CO- und NO-Streckschwingungsbande zu bestimmten Adsorptionsplätzen zumindest für die untersuchten Systeme in Frage gestellt werden muss. Bei anderen Systemen wurde klar, wie wichtig die Berücksichtigung der Anisotropie der mittleren quadratischen Auslenkungen der Atome um ihre Ruhelage ist, die meist auf die beiden frustrierten Translationen parallel zur Oberfläche zurückgehen. Die Untersuchungen von ungesättigten Kohlenwasserstoffen auf Metalloberflächen sind für die heterogene Katalyse interessant, weil auf der Basis der Adsorptionsstrukturen mögliche Reaktionsmechanismen der Hydrierung/Dehydrierung auf diesen Oberflächen diskutiert werden konnten. Bei all diesen Bestimmung wurde deutlich, dass die Photoelektronenbeugung gegenüber anderen Methoden wegen ihrer Elementspezifität und ihrer ausgeprägte Empfindlichkeit auf die Position des jeweiligen Emitters insbesondere bei den Koadsorbatsystemen im Vorteil ist, weil zum einen die Datenmenge entsprechend der Anzahl der zu bestimmenden Parameter zunimmt und zum anderen die Positionen der einzelnen Atome zu Beginn der Analyse unabhängig von einander bestimmt werden können.

This thesis describes the method developments of photoelectron diffraction for the structure determination of adsorbates on metal surfaces and the determination of the geometric structures of numerous adsorbate systems. The major aspects of the first part are instrumental improvements, developments in the data analysis and the structure determination and, finally, the integration of these steps in order to determine the structure of systems with relevance to heterogeneous catalysis. With several systems the determination of their structures had far reaching consequences.Special mentioning deserves that the common practice to assign the frequencies of the strechting modes of NO and CO on the Ni(111) surface to certain adsorption sites became highly questionable. With other systems it became obvious that the anisotropy of the mean square displacements of atoms from their equilibrium positions must be explicitly taken into account. Such displacements are mostly related to the two frustrated translations parallel to the surface. The investigations about unsaturated hydrocarbons on metal surfaces show relevance to catalysis, because possible reaction mechanisms of the hydrogenation/dehydrogenation on such surfaces could be discussed. During all these structure determinations it became apparent that photoelectron diffraction has a twofold advantage over other methods, in particular with coadsorbate systems. First, the amount of data increases to the same extent as the number of parameters to be determined. Second, the initial positions of the individual adsorbate atoms can be determined while neglecting the other adsorbate atoms.