The influence of redox environment on the growth and stability of thin iron oxide layers on the surface of cerium oxide

Abstract

This diploma thesis investigates model catalyst systems based on CeO2(111) surfaces modified with iron. Although Fe-modified CeO2(111) surfaces are recognized for their enhanced catalytic properties, the underlying nanoscale synergistic mechanism between Fe and Ce remains poorly understood. To address this, we prepared model FeOx/CeO2(111) samples, we exposed them to reducing environments (H2, CO, elevated temperature) and characterized using scanning tunneling microscopy (STM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and low-energy electron diffraction (LEED). We observed FeOx disintegration at an activation temperature of 750 K, indicated by the disappearance of the 2D FeO(111) layer and 3D FeOx clusters in STM, along with a reduction of the total Fe signal in XPS. Depth profiling using Ar+ sputtering revealed that upon annealing iron diffuses into the CeO2 bulk and accumulates near the CeO2(111)/Pt(111) interface.

Tato diplomová práce se zabývá studiem modelových katalyzátorů kombinujících oxidy železa (FeOx) a oxid ceru (CeO2(111)). V praxi jsou kombinované oxidy železa a ceru široce využívány v mnoha průmyslových odvětvích, avšak přesná povaha jejich synergického efektu na atomární úrovni zůstává dosud neobjasněna. Za tímto účelem byly připraveny modelové systémy FeOx/CeO2(111) nanesením tenkých vrstev oxidu železa na povrch CeO2(111). Tyto vzorky byly vystaveny redukčním podmínkám (H2, CO, zvýšená teplota) a byly charakterizovány pomocí skenovací tunelové mikroskopie (STM), rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) a difrakce pomalých elektronů (LEED). Po dosažení aktivační teploty 750 K bylo pozorováno rozpadání vrstev FeOx, což bylo prokázáno rozpadem 2D FeO(111) vrstvy a 3D FeOx klastrů ve snímcích STM a útlumem signálu železa v analýze XPS. Hloubková analýza pomocí Ar+ odprašování odhalila, že železo po ohřevu difunduje do objemu CeO2 a hromadí se v blízkosti rozhraní CeO2(111)/Pt(111).