H in ZnO

Wasser­stoff kann atomar oder moleku­lar im Zinkoxid auf Zwis­chen­git­ter­plätzen vor­liegen. Die atom­aren Wasser­stoff­spezies wirken als schwache Elektronen-​Donoren, wodurch eine leichte (oft unbe­ab­sichtigte) p–Dotierung des Zinkox­ids erfolgt. Ein tief­eres Ver­ständ­nis solcher Wasser­stoffde­fekte im Zinkoxid auf atom­aren Niveau erlaubt z.B. eine effizien­tere Nutzung des ZnO als Dio­den­ma­te­r­ial im Bere­ich der Opto-​Elektronik.

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.

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© Jörg Koßmann