Druckabhängigkeit der CO-Adsorption

In Abbildung 7.1.1 ist eine Reihe von SFG-Spektren abgebildet, die analog zu der Messung auf der ausgeheilten Oberfläche (Abb. 6.2.2) in ppp-Polarisation bei verschiedenen Drücken im Bereich von p_CO = 10^-8- 1000 mbar auf der gesputterten Oberfläche aufgenommen wurde.

Qualitativ scheint die CO-Adsorption für beide Systeme CO/Rh(111)ausgeheilt und

Abb. 7.1.1 SFG-Spektren von adsorbierten CO auf einer gesputterten Rh(111)-Oberfläche, bei einer Subtrattemperatur von TS =300 K über einen Druckbereich von pCO = 10^-8 - 1000 mbar.

10 mbar^-8 10 mbar^-7 10 mbar^-6 10 mbar^-5 10 mbar^-4 10 mbar^-3 10 mbar^-2

10 mbar^-1 1 mbar 10 mbar 56 mbar 113 mbar 300 mbar 500 mbar 1000 mbar

SFG Intensität SFG Intensität

ωIR (cm )^-1 ωIR(cm )^-1

x 2,5

CO/Rh(111)gesputtert ähnlich zu sein. Abermals werden die SFG-Spektren von dem Signal der in der "on-top"-Position adsorbierten CO-Moleküle dominiert. Auch bei den gesputterten Spektren ist eine deutliche Abnahme der SFG-Signalintensität im hohen Druckbereich zu beobachten. Ebenso wie bei der Untersuchung der CO-Adsorption auf der ausgeheilten Rh(111)-Oberfläche ist bei der gesputterten Oberfläche die SFG-Signalintensität des Spektrums, das aufgenommen wurde, nachdem der CO-Druck im Anschluß an die vollständige Messreihe auf 10^-6mbar reduziert wurde, viel kleiner als die SFG-Signalintensität des ersten Spektrums im druckerhöhenden Messzyklus. Dies deutet darauf hin, dass die CO-Adsorption bei hohem Druck auf der gesputterten Rh(111)-Oberfläche ebenfalls ein irreversibler Vorgang ist und wie bei den Untersuchungen auf der ausgeheilten Oberfläche die irreversible dissoziative Adsorption im hohen Druckbereich bei Raumtemperatur möglich ist (vergleiche Kap. 6.2). So wird unter anderem im hohen Druckbereich (am deutlichsten im 1000 mbar SFG-Spektrum in Abb. 7.1.1 zu erkennen) abermals das Auftreten einer zusätzlichen Schwingungsresonanz auf der niederfrequenten Seite des "on-top"-Signals beobachtet. Dieses Signal konnte in Kap. 6 eindeutig CO-Molekülen zugewiesen werden, die mit Kohlenstoffatomen coadsorbiert auf der Oberfläche vorliegen. Die Signalstärke dieser zusätzlichen Schwingungsresonanz ist sogar noch ein wenig größer als die auf der ausgeheilten Oberfläche, was auf eine höhere Dissoziationsrate und damit auf ein stärkere Abscheidung von Kohlenstoff auf der Oberfläche schließen lässt.

Dies wird ebenfalls von der in Abb. 7.1.2 gezeigten Augeruntersuchung unterstrichen, die nach den in Abb. 7.1.1 gezeigten Adsorptionsmessungen aufgenommen wurde. Ebenfalls wie bei den Messungen auf der ausgeheilten Oberfläche ist zusätzlich zu den charakteristischen Rh-Linien eine Linie bei 275 eV zu erkennen, die eindeutig Kohlenstoff zugeschrieben werden kann. Abermals konnte wie auf der ausgeheilten Rh(111)-Oberfläche kein Sauerstoff bzw. keine Rh-Oxidform nachgewiesen werden. Es zeigt sich, dass analog zu den Untersuchungungen auf der ausgeheilten Oberfläche auch hier der CO-Dissoziations-vorgang wieder über die Boudouard-Reaktion abläuft. Ein Vergleich mit dem Augerspektrum nach den druckabhängigen Messungen auf der ausgeheilten Oberfläche (Abb. 6.2.5) lässt erkennen, dass das Kohlenstoffsignal auf der gesputterten Oberfläche eine noch größere Intensität besitzt. Dies zeigt ebenfalls, dass auf der gesputterten Oberfläche der Dissoziationsvorgang leichter abläuft, was zu einer größeren Bedeckung der Oberfläche mit Kohlenstoff führt. Damit verbunden ist unter anderem die verstärkte Intensität der niederfre-

Abb. 7.1.2 Auger-Spektrum der gesputterten Rh(111)-Oberfläche nach der druckabhängigen Adsorptionsuntersuchung.

quenten Schwingungsresonanz im 1000 mbar Spektrum in Abb. 7.1.1., da aufgrund der erhöhten Bedeckung der Oberfläche mit Kohlenstoff mehr CO-Moleküle coadsorbiert mit Kohlenstoff auf der Oberfläche vorliegen.

In Abbildung 7.1.3 sind die Resonanzfrequenzen der CO-Schwingungen in Abhängigkeit vom CO-Druck, wie sie sich aus den in Abb. 7.1.1 gezeigten SFG-Spektren ermitteln lassen, sowohl für die gesputterte Oberfläche (Rauten) als auch für die ausgeheilte Oberfläche (Kreise) druckabhängig dargestellt. Sie reichen für die gesputterte Oberfläche von 2069 ± 2 cm^-1 bei 10^-8 mbar bis 2081 ± 2 cm^-1 bei 1 mbar. Die Resonanzfrequenz erniedrigt sich bei CO-Drücken oberhalb 10 mbar und erreicht auf der gesputterten Oberfläche bei pCO = 1000 mbar eine Frequenz von ωCO = 2054 ± 3 cm^-1. Diese Abnahme der Resonanz-frequenz ist wie bei den Messungen auf der ausgeheilten Oberfläche auf das Einsetzen der CO-Dissoziation zurückzuführen. Der Hochdruckbereich, in dem die dissoziative Adsorption auftritt, ist ebenfalls wie in Kapitel 6.2 wieder durch leere Symbole in Abb. 7.1.3 dargestellt.

Die höhere CO-Bedeckung auf der gesputterten Rh(111)-Oberläche spiegelt sich in der höheren Schwinungsresonanzfrequenz wieder. Dies ist in Übereinstimmung mit den durchgeführten Kalibrierungsmessungen auf der ausgeheilten Rh(111)-Oberfläche, bei der eine höhere Oberflächenbedeckung aufgrund der CO-CO-Kopplungseffekte zu einer höheren Schwingungsresonanzfrequenz führte (Kap. 6.1).

100 200 300 400 500 600

Augerelektronen Energie (eV)

dN/dE (w.E.) Rh 225

Rh 305

C 275

Abb. 7.1.3 Druckabhängigkeit der Resonanzfrequenz der CO-Schwingung auf der gesputterten- (Rauten) bzw.

auf der ausgeheilten Rh(111)-Oberfläche (Kreise). Die offenen Symbole verdeutlichen den Druck-bereich, in dem der Dissoziationsvorgang einsetzt.

So liegt beispielsweise beim System CO/Rh(111)gesputtert die Resonanzfrequenz für pCO = 10^-8 mbar bei 2069 cm^-1, während sie beim System CO/Rh(111)ausgeheilt bei gleichem Druck bei 2053 cm^-1 liegt. Wenn man die auf der ausgeheilten Oberfläche ermittelte Kalibrierungskurve zu Grunde legt (Abb. 6.1.3), erhält man eine CO-Bedeckung auf der gesputterten Oberfläche bei einem Druck von pCO = 10^-8 mbar (TS = 300 K) von θCO = 0,65± 0,1 ML, während sich auf der ausgeheilten Oberfläche eine Bedeckung von θCO = 0,4± 0,1 ML ermitteln lässt. Wenn man den relativ großen Fehlerbereich einbezieht, der sich aus der in Abb.6.1.3 eingezeichneten grau unterlegten Fehlerregion ergibt, so können diese Ergebnisse in Einklang mit den thermischen Desorptionsmessungen gebracht werden, die ein Bedeckungsverhältnis ergaben, bei dem die gesputterte Oberfläche eine fast doppelt so große Bedeckung besitzt wie die ausgeheilte Oberfläche. Dies zeigt abermals eindrucksvoll, wie gut sich die Bestimmung der Schwingungsresonanzfrequenz der "on-top"-Moleküle zur Kalibrierung der absoluten Oberflächenbedeckung auf der Rh(111)-Oberfläche einsetzen lässt. Im höheren Druckbereich bis ca. pCO = 1 mbar steigt die Resonanzfrequenz auf der ausgeheilten Oberfläche aufgrund der beschriebenen CO-CO Kopplungseffekte an und nähert sich der Resonanzfrequenz, die auf der gesputterten Oberfläche zu beobachten ist. Es zeigt sich allerdings, dass die CO-Resonanzfrequenz auf der gesputterten Oberfläche unter gleichen Bedingungen immer einen etwas höheren Wert besitzt. Das bedeutet, dass auf dieser

10^-8 10^-6 10^-4 10^-2 1 10² ωCO(cm)-1

2050 2060 2070 2080

p (mbar)

Oberfläche höhere Oberflächenbedeckungen erreicht werden können. Dies wird durch den maximalen Frequenzwert von ωCO = 2081 cm^-1 bei einem Druck von pCO = 10 mbar bestätigt.

Dieser Wert liegt außerhalb der für den ausgeheilten Rh(111)-Kristall verwendeten Kalibrierungskurve (Abb. 6.1.3), was verdeutlicht, dass auf der gesputterten Oberfläche höhere CO-Bedeckungen erzeugt werden können als die Sättigungsbedeckung von θCO = 0.75 ML, die auf dem ausgeheilten Rh(111)-Kristall möglich ist.

Die druckabhängigen Messungen auf der gesputterten Oberfläche zeigen somit ein ähnliches Verhalten wie die Messungen auf der ausgeheilten Oberfläche. Es kann abermals das Einsetzen der CO-Dissoziation in Druckbereichen von pCO > 10 mbar bei Raumtemperatur beobachtet werden, was zu Kohlenstoffablagerungen aber nicht zu Sauerstoffablagerungen führt. Der einzige Unterschied besteht in der etwas höheren CO-Bedeckung, die auf der gesputterten Oberfläche erzeugt werden kann. Ob diese höhere Bedeckung Auswirkungen auf die temperaturabhängigen Messungen besitzt, wird im nächsten Unterkapitel untersucht.