Study of the Ni(111) surface using near-ambient pressure scanning tunneling microscopy

Student: Ormoš Martin
Supervisor: RNDr. Peter Matvija, Ph.D.
Stav práce:

Abstract:

Adsorpce a aktivace CO2 na kovových površích jsou elementární kroky, které je nutno pochopit při vytváření efektivních systémů pro konverzi CO2 založených na heterogenní katalýze. Katalyzátory na bázi niklu jsou známé pro svou efektivitu ve třech reakcích umožňujících konverzi CO2: suchá reformace methanu, methanace CO2 a konverze CO2 na CO pomocí reverzní water-gas-shift reakce. Obecně se předpokládá, že v těchto reakcích dochází k molekulární adsorpci CO2 a k následné disociaci na CO a atomární kyslík. Nedávné studie ukazují, že i velmi malé množství CO na povrchu Ni(111) indukuje vznik kovových klastrů na povrchu [3]. Další studie ukazují, že v důsledku disociace CO2 dochází k částečné oxidaci povrchu [4, 5]. Přímé mikroskopické pozorování adsorpce CO2 na povrchu Ni(111), které by ukázalo, jakým způsobem povrch reaguje na zvýšený tlak CO2, však zatím chybí.

V této práci bude připraven atomárně hladký povrch Ni(111). Tento povrch bude vystaven zvýšenému tlaku (přibližně 1 mbar) reaktivních plynů účastnících se výše zmíněných reakcí (především CO2 a H2, volitelně i CH4, O2 a CO). Povrch bude zkoumán během expozice zvýšenému tlaku pomocí metody NAP-STM, případně pomocí metody NAP-XPS. Příprava vrstev a čistota prostředí budou sledovány v ultra-vysokém vakuu pomocí metod STM, XPS a LEED.

Zásady pro vypracování:

1) Bibliografická rešerše. 2) Seznámení se s experimentálními metodami NAP-STM, XPS, LEED. 3) Optimalizace přípravy čistého monokrystalického povrchu Ni(111) v ultra-vysokém vakuu. 4) Kontrola čistoty a uspořádání povrchu pomocí metod STM, XPS a LEED. 6) Charakterizace povrchu Ni(111) za přítomnosti zvýšeného tlaku CO2 a ve směsi CO2 + H2 (případně CH4, O2 a CO) pomocí metody NAP-STM (případně pomocí metody NAP-XPS). 8) Vyhodnocení výsledků. 9) Sepsání diplomové práce.

Literatura:

[1] B. Voightlaender, Scanning Probe Microscopy. Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2015), ISBN: 978-3-662-45240-0 [2] S. Hofmann, Auger- and X-Ray Photoelectron Spectroscopy in Materials Science, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2013), ISBN: 978-3-642-27381-0 [3] L. Xu et al., Science 380, 70–76 (2023) [4] C. Heine, B. A. J. Lechner, H. Bluhm, M. Salmeron, J. Am. Chem. Soc., 138, 13246–13252 (2016) [5] J. Cai, Y. Han, S. Chen, E. J. Crumlin, B. Yang, Y. Li, Z. Liu, J. Phys. Chem. C, 123, 12176–12182 (2019)