Studium růstu oxidu železa na povrchu oxidu ceru

Abstract

Cerium oxide (ceria) is widely used catalytic material known for its oxygen storage capacity. Iron-modified ceria-based catalysts find applications in various reactions, such as the oxidation of CO or NO. However, the existing knowledge about these catalysts is limited to relatively undefined powder samples. The aim of this Bachelor's thesis is to create well-defined model surfaces of iron oxide on ceria and characterize these surfaces using various methods such as Scanning Tunneling Microscopy (STM), Atomic Force Microscopy (AFM), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), and Low-Energy Electron Diffraction (LEED). In our work we found the following procedure for preparing the FeO(111)/ CeO2(111) surface on the Cu(111) substrate: Initially, metallic Fe is deposited onto the surface of CeO2(111) at room temperature, followed by annealing in ultra-high vacuum (UHV) up to 700 K. At room temperature, iron tends to form clusters con- sisting of both neutral Fe0 and ionic Fe3+ or Fe2+ states. After annealing in UHV up to 700 K, iron gets fully oxidized, resulting in the formation of a 2D FeO layer. This process gives rise to a moiré pattern observed in STM and LEED due to the overlay of the FeO and CeO2 lattices. By measuring the parameters of the moiré pattern, the periodicity and orientation of the deposited FeO...

Oxid ceru (ceroxid) je široce používaný katalyticky aktivní materiál díky své schop- nosti jednoduše uskladňovat kyslík. Katalyzátory obsahující ceroxid modifikovaný železem se vyznačují zvýšenou aktivitou v reakcích jako je oxidace CO nebo NO. Tyto katalyzá- tory byly doposud zkoumané jen ve formě relativně nedefinovaných práškových vzorků. Cílem bakalářské práce je příprava definovanějších modelových epitaxních vrstev oxidu železa na oxidu ceru a jejich studium prostřednictvím metod skenovací skenovací tune- lové mikroskopie (STM), mikroskopie atomárních sil (AFM), rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) a difrakce pomalých elektronů (LEED). V rámci bakalářské práce byla nalezena procedura pro přípravu povrchu FeO(111)/ CeO2(111) na substrátu Cu(111). Tato procedura sestává z depozice Fe na povrch CeO2(111) za pokojové teploty a z následného ohřevu v ultravysokém vakuu (UHV) na 700 K. Železo deponované na povrch za pokojové teploty vytváří shluky, které obsahují atomy v neutrálním stavu Fe0 i v iontových stavech Fe2+ a Fe3+ . Po ohřevu na 700 K se všechny atomy Fe oxidují a uspořádají do 2D vrstvy FeO. Překryvem mřížek FeO a CeO2 vzniká moiré struktura, která byla pozorována metodami LEED a STM. Z parametrů moiré struktury byla určena periodicita a orientace deponované vrstvy FeO vůči vrstvě CeO2...