Interfaces of Functional Hybrid Materials Studied by In Situ Spectroscopy

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2022-01-17
Issue Year
2022
Authors
Schuschke, Christian
Editor
Abstract

Functional hybrid material interfaces hold a great potential in modern technologies. Among these, model systems for conversion, storage, and release of solar energy, catalysts for fuel cells, and solid catalysts with ionic liquid layers (SCILLs) are in the focus of this thesis. The core challenge remains the complexity of these systems which renders theoretical modeling and a straightforward experimental analysis more difficult. To tackle this challenge and facilitate the understanding of fundamental processes at functionalized interfaces, a rigorous surface science approach was applied. To this end, the growth, stability, and interactions of organic thin films and small molecules were scrutinized with different supports. As support materials, systems with increasing complexity were employed, i.e. metal single crystals, oxide films, and supported noble metal nanoparticles (NPs). The films were prepared on atomically well-defined substrates in an ultra-clean environment under ultrahigh vacuum (UHV) conditions and subsequently characterized. Results were obtained from UHV infrared reflection absorption spectroscopy (IRAS) and near-ambient pressure (NAP-) X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

Abstract

Grenzflächen funktioneller Hybridmaterialien sind ein grundlegender Bestandteil zahlreicher moderner Technologien. Im Zuge dieser Arbeit wurden insbesondere Modellsysteme für die Umwandlung und Speicherung von Solarenergie, Katalysatoren für Brennstoffzellen und mit ionischen Flüssigkeiten beschichtete Katalysatoren (SCILLs) genauer betrachtet. Obwohl die an deren Grenzflächen auftretenden Prozesse von großer technologischer Relevanz sind, ist wenig über die genauen Wechselwirkungen zwischen organischen Dünnschichten, aufgedampften Nanopartikeln und deren Substrat bekannt. Die Komplexität der Systeme, sowohl auf experimenteller als auch theoretischer Ebene, stellt hierbei die zentrale Herausforderung dar. Um auf diese einzugehen und ein grundlegendes Wissen über die an funktionalisierten Grenzflächen auftretenden Prozesse zu erlangen, wurden die genannten Systeme im Detail mit den Werkzeugen der Oberflächenwissenschaften untersucht. Hierzu wurden das Wachstum, die Stabilität und die Wechselwirkung organischer Dünnschichten und kleiner Moleküle mit den Einkristallen und Nanopartikeln, welche sie beschichten, betrachtet. Die Filme wurden unter extrem sauberen Bedingungen, also in Ultrahochvakuum (UHV) und auf atomar geordneten Substraten, präpariert. Anschließend wurden diese mittels UHV-Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (IRAS) und nahe am Umgebungsdruck (NAP-) mittels Röntgenphotonenspektroskopie (XPS) untersucht.

DOI
Faculties & Collections
Zugehörige ORCIDs