Synthesis of low dimensional ternary oxide FeWOx and MnWOx nanostructures on single crystal metal surfaces

Diese Arbeit beschreibt die Studie der Herstellung von niederdimensionalen ternären Oxid-Nanostrukturen auf einkristallinen Oberflächen und deren Charakterisierung mittels Rastertunnelmikroskopie (STM), Beugung niederenergetischer Elektronen (LEED), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Dichtefunktionaltheorie (DFT) Berechnungen. Ternäre Oxide sind ein Konglomerat aus zwei Metallarten und Sauerstoff. Diese weisen vielfältige interessante Eigenschaften für die Entwicklung von Bauelementen in Katalyse, Elektronik und Optik auf. Niederdimensionale ternäre Oxid-Nanostrukturen haben möglicherweise völlig neue physikalische und chemische Eigenschaften, die es zu erforschen gilt. Einige gut geordnete zwei dimensionale (2-D) FeWOx Monolayerphasen wurden über eine 2-D Festkörperreaktion von (WO3)3 Clustern mit FeO(111) bilayern auf Pt(111) und Pd(100) Oberflächen hergestellt. XPS Analysen zeigen, dass die 2-D FeWOx Phasen typischerweise scharfe W 4f Core-Level-Spitzen mit charakteristischer Bindungsenergie aufweisen. DFT Berechnungen deuten auf eine formale FeWO3 Stöchiometrie für eine gut geordnete hexagonale, epitaktische (2x2) FeWOx/Pt(111) Monolayerphase hin, die durch Heizen der Verbindung in UHV bei 900C entsteht. Bei 950C entsteht eine weitere 2-D Phase mit (6x6) Periodizität, für die eine W8Fe6O21 Stöchiometrie abgeleitet wird. Zusätzlich wurde der Versuch unternommen, quasi 1-D MnWOx Strukturen auf gestufter Pd(1 1 17) Oberfläche über die Deposition und Reaktion von (WO3)3 Clustern mit einer quasi 1-D MnOx/Pd(1 1 17) Unterlage herzustellen. Dabei wurden einige gut geordnete 2-D MnWOx Phasen gefunden, die nach dem Heizen in UHV und O2 Atmosphäre auf durch Stufenbündelung entstandene Terrassen entstehen. Auch hier wurde eine hexagonale Phase entdeckt, deren Stöchiometrie mit MnWO3 angenommen wird. Weiters wird das Entstehen einer gut geordneten c(2x2) WOx/Pd(100) Phase beschrieben, für die ein Modell mit einer WO3 Stöchiometrie vorgeschlagen wird.This work focuses on the synthesis of low dimensional ternary oxide nanostructures on single crystal metal surfaces and their characterization with scanning tunneling microscopy (STM), low energy electron diffraction (LEED), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and density functional theory (DFT) calculations. Ternary metal oxides, materials representing a compound between two different metals and oxygen, have a wide range of interesting properties for modern applications in the catalysis and in electronic and optical devices. Low dimensional ternary oxide structures may exhibit completely new physical and chemical properties which are not explored as yet. Several well-ordered 2-D FeWOx monolayer phases have been fabricated by a 2-D solid-state reaction of (WO3)3 clusters with a FeO(111) bilayers on Pt(111) and Pd(100) surfaces. The XPS analysis reveals that the 2-D FeWOx phases exhibit typically sharp W 4f core-level peaks with characteristic binding energies. DFT calculations suggest a formal FeWO3 stoichiometry for a well-ordered epitaxial (2 x 2) FeWOx/Pt(111) monolayer phase which forms by annealing of the compounds in UHV between 600 and 900C. At 950C a new well ordered 2-D phase forms with (6 x 6) periodicity for which a stoichiometry of Fe6W8O21 is derived. The growth of quasi 1-D MnWOx has been attempted on a stepped Pd(1 1 17) surface, by depositing (WO3)3 clusters onto well ordered quasi 1-D MnOx/Pd(1 1 17) templates. Instead, several 2-D MnWOx phases are observed to form on the step bunched terraces upon annealing in UHV and in O2 atmosphere. Here also a hexagonal phase was detected, which has been interpreted as MnWO3. We also report the formation of an ordered c(2 x 2) WOx/Pd(100) phase for which a model with a formal WO3 stoichiometry is proposed.David KuhnessZusammenfassung in deutscher und in englischer SpracheIm Titel x von FeWOx und MnWOx tiefgestelltKarl-Franzens-Universität Graz, Dissertation, 2015OeBB(VLID)125546