Carbonat auf ZnO

Zinkoxid ist bekannt als Pig­ment und als bedeu­ten­der Halbleiter-​Material in der Opto-​Elektronik. Im Rah­men des Son­der­forschungs­bere­ichs SFB 558 stand aber vor allem seine Ver­wen­dung als Sub­strat in der Het­ero­ge­nen Katal­yse im Zen­trum unserer Forschung.

Unser Ansatz hier­bei war nun, die Ober­flächen­prozesse während der kat­alytis­chen Reak­tion mit­tels Infrarot-​Spektroskopie zu unter­suchen. Hier­bei kom­binierten wir z.B. die exper­i­mentellen Daten von in-​situ Infrarot-​Messungen mit unseren atom­istis­chen Rech­nun­gen. Auf diese Art und Weise kön­nen Inter­me­di­ate und Ober­flächen­struk­turen charak­ter­isiert und iden­ti­fiziert wer­den. Diese Erken­nt­nisse erlauben dann wiederum tief­ere Ein­blicke in den kom­plexen Reak­tion­sprozess an der Zinkoxidoberfläche.

Wir nutzten ab-​initio Meth­o­den der Quan­ten­chemie (Embedded-​Cluster-​Ansatz, RI-​DFT-​Rechnungen), um Schwingungspek­tren von Adsor­baten auf Zinkox­i­dober­flächen zu berech­nen. Der Fokus lag bei diesen Unter­suchun­gen in der spek­troskopis­chen Charak­ter­isierung von Inter­me­di­aten und Neben­pro­duk­ten der Methanol­syn­these an Sauerstofffehlstellen.

Wir waren in der Lage für eine Reihe von Struk­turen, teil­weise zum ersten Mal, IR-​Spektren zu berech­nen, die bei der Inter­pre­ta­tion zukün­ftiger exper­i­menteller Spek­tren von Nutzen sein kön­nen. Schon jetzt erlaubte uns der Ver­gle­ich mit Daten aus IR– und HR-​EELS-​Messungen die Iden­ti­fika­tion von Car­bon­aten und Formi­aten auf der ZnO(0001)-Ober­fläche. Wir waren auch in der Lage, ver­schiedene Bindungsmodi (z.B. mon­oden­tat vs. poly­den­tat) dieser Ados­r­bate nachzuweisen.

Ein Aus­führliche Diskus­sion der Ergeb­nisse dieser Unter­suchun­gen findet sich in unseren let­zten wis­senschaftlichen Publikationen:

  • Pre­dic­tion of Vibra­tional Fre­quen­cies of Pos­si­ble Inter­me­di­ates and Side Prod­ucts of the Methanol Syn­the­sis on ZnO(0001) by Ab Ini­tio Cal­cu­la­tions
    Jörg Koß­mann, Guido Roßmüller, Christof Hät­tig
    J. Chem. Phys., 136, 034706 (2012)
  • A Den­sity Func­tional Study of the Methanol Syn­the­sis at an Oxy­gen Vacancy on the Polar ZnO(0001) Sur­face
    Guido Ross­müller, Volker Klein­schmidt, Jörg Koss­mann, Christof Hät­tig
    J. Phys. Chem. C, 113, 14181425 (2009)

Bitte beachten Sie auch diese online pub­lizierten, frei zugänglichen Dis­seer­ta­tio­nen aus der Forschungs­gruppe von Prof. Dr. Hättig:

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© Jörg Koßmann