Determinação estrutural da superfície de óxidos ordenados por difração de fotoelétrons: o caso de CrxOy sobre Pd(111) e SrTiO3(100)
Alexandre Pancotti
TESE
Português
(Broch.)
T/UNICAMP P192d
[Structural determination of ordered oxide surface by photoelectron diffraction: the case CrxOy sobre Pd(111) e SrTiO3(100)]
Campinas, SP : [s.n.], 2009.
127 p. : il.
Orientadores: Richard Landers, Abner de Siervo
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin
Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre a estrutura atômica da superfície de dois materiais com potencial para suportar nano partículas metálicas num catalisador modelo, o primeiro, Óxido de Cromo é um suporte usado comercialmente, e o segundo, SrTiO3(100) (STO) tem a característica...
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Resumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre a estrutura atômica da superfície de dois materiais com potencial para suportar nano partículas metálicas num catalisador modelo, o primeiro, Óxido de Cromo é um suporte usado comercialmente, e o segundo, SrTiO3(100) (STO) tem a característica interessante de induzir o crescimento de nano partículas de alguns metais com formatos definidos pelo tipo de tratamento térmico que o suporte recebeu. O Óxido de cromo estava na forma de filmes ordenados crescidos epitaxialmente sobre um cristal de Pd(111) enquanto que o SrTiO3 consistia de cristal dopado com Nb cortado segundo a face (100). Os filmes de óxido de cromo sobre Pd(111) foram crescidos "in-situ" na câmara de análises pela deposição de cromo metálico numa atmosfera de oxigênio (1,0.10-6 mBar) sobre o substrato aquecido (623K) o que produziu filmes com boa cristalinidade e estequiometria. Foram estudados filmes com duas estruturas diferentes: óxido de cromo com 3.5 Å de espessura que apresentava uma reconstrução tipo p(2x2) e um filme mais espesso com 12.0 Å que mostrava uma reconstrução (V3xV3)R30o, ambos determinados por LEED (Low Energy Electron Diffraction). A composição e a estrutura atômica foram determinadas por XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) e XPD (X-Ray Photoelectron Diffraction), respectivamente. Titanato de Estrôncio, SrTiO3 normalmente é um material isolante, mas a adição de Nb como dopante o transformou em um material suficientemente condutor para permitir o uso das mesmas técnicas para o estudo da estrutura atômica e composição de sua superfície. Nestes estudos foram utilizados como fontes de excitação radiação Síncrotron de 700 eV de energia da linha SGM do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron e fontes convencionais de raios-X (Al, Mg) Ka. Para o modelamento teórico das estruturas superficiais empregou se o pacote MSCD [1] juntamente com um algoritmo genético [2] para acelerar a procura dos parâmetros estruturais. Determinou se que o filme mais fino de óxido de cromo correspondia a CrO com uma reconstrução p(2x2). A primeira e a segunda distâncias interplanares foram determinadas como sendo iguais a 0,16 Å e 1,92 Å, respectivamente. O filme mais grosso foi estudado em duas situações, como crescido e após tratamento térmico a 973K. Nas duas situações o filme se apresentou como a-Cr2O3(0001), mas com terminações diferentes. Antes do aquecimento do filme os resultados de XPD mostraram que a superfície é terminada por uma camada de "O" com a primeira distância interplanar expandida de 9,5% em relação ao seu valor no volume. Depois do aquecimento, a superfície é terminada em uma dupla camada formada por átomos de Cr, com a primeira distância interplanar reduzida de 68% em relação ao seu valor no volume. Os resultados para a superfície do STO mostraram regiões de SrO e TiO2. Em ambos os casos todas as camadas de cátions relaxam para dentro e os átomos da segunda camada relaxam para fora resultando na corrugação das superfícies do TiO2e SrO. Estes resultados se comparam muito bem com os resultados encontrados por LEED. Usando o algoritmo genético foi possível determinar que 30% da superfície do cristal é recoberta por ilhas de SrO(100)
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Abstract: This thesis presents a study of the atomic structure of the surface of two materials with potential as supports for metallic nanoparticles in model catalysts. The first is Chromium Oxide that is used as a support for commercial catalysts, and the second is SrTiO3(100) (STO), which has the...
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Abstract: This thesis presents a study of the atomic structure of the surface of two materials with potential as supports for metallic nanoparticles in model catalysts. The first is Chromium Oxide that is used as a support for commercial catalysts, and the second is SrTiO3(100) (STO), which has the very interesting characteristic of inducing the growth of nanoparticles of some metals with different shapes depending on the type of heat treatment of the support. The Chromium Oxide used in this study was in the form of ordered films grown epitaxially on a Pd(111) crystal, while the SrTiO3 consisted of a bulk crystal doped with Nb cleaved along the (100) face. The epitaxial Chromium Oxide films were grown in situ in a surface analysis chamber by evaporating metallic Cr under 1.0x10-6 mBar of O2 pressure on to the substrate heated to 623K. The films as grown showed clear LEED (Low Energy Electron Diffraction) patterns and constant stoichiometry. Two different reconstructions were studied: p(2x2), that was present for thin films of about 3.5 Å, and (V3xV3)R30o, which is characteristic of thicker films (above 12.0 Å). The composition and detailed surface structures were determined by XPS (X-Ray Photo electron Spectroscopy) and XPD (X-Ray Photoelectron Diffraction). SrTiO3 is an insulator, but doping with Nb makes it sufficiently conducting so that it is possible to use LEED, XPS and XPD without charging problems inherent to insulating samples. Two types of radiation were used for exciting the samples: synchrotron radiation (700eV) from the SGM beam line at the Brazilian National Synchrotron Radiation Light Laboratory and conventional X-rays from Al and Mg anodes. To simulate the surface structures the MSCD package [1] was used. To accelerate the optimization of the structural parameters a genetic algorithm [2] was used in conjunction with the MSCD package. The thinner Chromium Oxide film was shown to consist of CrO with a p(2x2) reconstruction, having as first and second interlayer distances 0,16 Å and 1,92 Å respectively. The thicker Chromium Oxide film was studied as grown and after annealing at 973K. In both cases the structure was determined to be a-Cr2O3(0001), but with different surface termination. XPD revealed that the film as grown was terminated by an O monolayer, with the first interlayer distance expanded by 9.5% relative to bulk values. After annealing the film was shown to terminate in two atomic layers of Cr, who¿s interlayer distance was reduced by 68% relative to the bulk. Results for the surface of STO showed regions covered by SrO and TiO2. In both cases the cation layers relaxed inwards and the atoms of the second layer outwards, resulting in corrugated surfaces. These results compare very well with results obtained by LEED. By using the genetic algorithm [2], it was possible to show that 30% of the surface was covered by SrO(100) islands
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Landers, Richard, 1946-
Orientador
Siervo, Abner de, 1972-
Coorientador
Kleiman, George Gershon, 1942-
Avaliador
Alvarez, Fernando (Físico), 1946-
Avaliador
Soares, Edmar Avellar
Avaliador
Morais, Jonder, 1966-
Avaliador
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Alexandre Pancotti
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