Interaction of simple molecules with reducible oxides: model studies of H2O/CeOx and CO/CuOx

Abstract

Práce se zaměřuje na studium základních katalytických vlastností dvou modelových katalyzátorů: CeOx/Cu(111) a CuOx/Cu(111), pomocí pokročilých metod fyziky povrchů. Výzkum provedený na CeOx se věnuje studiu souvislostí mezi povrchovou strukturou a reaktivitou CeOx. Zavádíme metodu přípravy vedoucí k růstu epitaxních tenkých vrstev CeOx(111) s kontrolovatelnými morfologickými parametry: hustota atomárních schodů a uspořádání povrchových kyslíkových vakancí. Při studiu interakce vody s povrchem CeOx(111) s přesně definovanou strukturou identifikujeme roli schodů a kyslíkových vakancí. Výzkum provedený na CuOx se zaměřuje na vysoce rozlišenou mikroskopickou charakterizaci procesu redukce Cu2O v téměř atmosférickém tlaku CO. Díky přímému zobrazení povrchu v průběhu reakce identifikujeme aktivní počáteční centra redukce, přechodné strukturní fáze oxidu mědi a kinetiku redukce Cu2O(111).

The thesis is focused on the investigation of fundamental catalytic properties of two model catalysts-CeOx/Cu(111) and CuOx/Cu(111)-by means of advanced surface science techniques. The investigations performed on CeOx are devoted to the study of the relationship between the surface structure and the surface activity of ceria. We develop the preparation method leading to growth of epitaxial CeOx(111) thin films with the adjustable morphological parameters-the step density and the ordering of surface oxygen vacancies. By using the CeOx(111) films with precisely controlled structure we identify the role of the step edges and of the oxygen vacancies in the interaction of water with ceria. The investigation performed on CuOx is focused on the microscopic characterization of the reduction process of Cu2O(111) on the molecular level directly under a near ambient pressure of CO. In direct microscopic study we identify the active initiation centers, the intermediate oxide phases, and the kinetics of the reduction reaction of Cu2O(111).