Untersuchung der Unterpotentialabscheidung (UPD) verschiedener Metallionen auf einer adsorbatmodifizierten Au (111) Elektrode
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des durchgeführten Forschungsvorhabens war es, einen Beitrag zur Aufklärung der Anfangsstadien der Metallabscheidung (UPD) auf unterschiedlich modifizierten Fremdsubstraten zu liefern. Das Wissen um die Anfangsstadien der Metallabscheidung und die Möglichkeiten der gezielten Beeinflussung durch organische Additive gestattet es, in industriellen Prozessen „tailor-made“ Elektrolytkompositionen herzustellen, welche den verschiedenen Anforderungen, die an sie gestellt werden, sowohl glatt strukturierte Überzüge als auch Nanometerstrukturbeschichtung zu gewährleisten, gerecht werden. Die Studie zur Metallabscheidung stellt eine Kombination aus elektrochemischen und XPS/UPS Experimenten dar, letztere wurden in Zusammenarbeit mit der BESSY GmbH (Helmholtz-Zentrum für Energie und Materialien) in insgesamt vier genehmigten Messzeiten durchgeführt. Gemäß den festgesetzten Zielen wurde in einer ersten Periode der Einfluss des Modellevellers Thymin auf die Kupfer- und Silbervolumenabscheidung und UPD auf einer Au(111) Elektrode untersucht. Ein in der Literatur für die Ag UPD auf einer Au(111) Oberfläche beschriebener anodischer Oberflächenzustand konnte identifiziert werden. Es handelt sich um ein schwerlösliches Ag/ Chlorid Deposit, welches sowohl in der ionischen (Ag+) als auch neutralen Form (Ag) an der Oberfläche stabilisiert ist. Durch die Variation der Austrittsarbeiten von Metallmonolagen im Vergleich zu ihrem Volumenmaterial ist es gelungen, eine Ag ML/ Cu ML Sandwichstruktur auf Au(111) elektrochemisch abzuscheiden. Es sei bemerkt, dass eine Cu UPD auf einer Silbervolumenschicht nicht abgeschieden werden kann. Mit dieser Studie wurde gezeigt, dass eine empirisch aufgestellte Regel (H. Gerischer et. al) welche einen Zusammenhang zwischen Austrittsarbeit und UPD Shift herstellt, auf Sandwichstrukturen erweitert werden kann. Sowohl der Einfluss der Anionen als auch des Thymins beeinflusst dabei maßgeblich die Abscheidung. In einem sulfathaltigen Elektrolyten ist die Bildung der Sandwichstruktur kinetisch vollständig inhibiert, während die Cu UPD auf Au(111) reversibel abläuft. Ursache ist die Lage und Verschiebung des Nulladungspotentiales der verschiedenen Substrate. Während des zweiten Abschnitts der Förderperiode wurde die Unterpotentialabscheidung von Blei und Bismut sowohl auf modifizierten als auch auf unmodifizierten Au(111) Elektroden, Ag Monound Bilagen untersucht. Sowohl der beobachtete Shift im UPD Potential, als auch der Einfluss der Anionen bestätigt die für das Cu/Ag/ Au(111) gewonnenen Erkenntnisse. Um additivseitig eine Erweiterung auf andere Systeme vorzunehmen, sind entsprechend den definierten Zielen des Projektes zum einen die Silberabscheidung auf einer adeninmodifizierten Oberfläche untersucht worden. Ein Ergebnis war die Aufklärung der Adsorptionsgeometrie des Adenins. Zum anderen wurden die Additivsysteme um Untersuchungen auf die Systeme 2- und 4-Thiothymine, deren Adsorption auf Au(111) Elektroden als auch deren Einfluss auf die Kupferabscheidung erweitert. Im Rahmen des Projektes geplante Untersuchungen zur Leitfähigkeitstopograhie der metallischen Oberflächen und umfangreiche STM / AFM Untersuchungen konnten aus messtechnischen Gründen nicht durchgeführt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Comparative Study of Ag- and Cu- Deposition on Au (111) Electrodes. Zeitschrift f. Physikalische Chemie, 221, Issue 9-10 (2007), pp 1255
K. O. Thiel, A. Vollmer, M. Hintze, C. Donner
- Lead – UPD study on Au(111) a combined electrochemical and XPS study. Bunsen-Kolloquium, Roggenburg, 2007
K. O. Thiel, M. Hintze, A. Vollmer, C. Donner
- Pb – UPD study on Au(111) a combined electrochemical and XPS study. Bunsen-Tagung, Graz, Mai 2007
K. O. Thiel, M. Hintze, A. Vollmer, C. Donner
- Pb – UPD study on Au(111) a combined electrochemical and XPS study. ISE Banff, September 2007
K. O. Thiel, M. Hintze, A. Vollmer, C. Donner
- Silver Underpotential Deposition on modified electrodes. J. Electroanal. Chem., 605, Issue 1, (2007), pp. 15
A. Vollmer, E. Avci, C. Donner
- A new approach on the Cu UPD on Ag surfaces. J. Electroanal. Chem., 621, Issue 1, (2008), pp 7
K. O. Thiel, M. Hintze, A. Vollmer, C. Donner
- Bessy Nutzertreffen. A combined electrochemical and XPS study of Bi UPD on different substrates. Dezember 2008
K. O. Thiel, M. Hintze, A. Vollmer, C. Donner
- Bi and Cu- UPD on Ag- mono- and Multilayers. ECOSS, June 2008, Liverpool
K. O. Thiel, M. Hintze, A. Vollmer, C. Donner
- Comparison study of adenine and thymine on different substrates and their influence on metal deposition processes. Gerischer Symposium, June 2008, Berlin
M. Hintze, K. O. Thiel, A. Vollmer, C. Donner
- Comparative Study of UPD of Coinage Metal in Mono-and Multilayer Systems. ECS Meeting Vienna October 2009
K. Thiel, M. Hintze, C. Donner
- Eine kombinierte elektrochemische und XPS Studie zu ausgewählten UPD Systemen auf modifizierten Au(111) Elektroden. Dissertation 2009
K. Thiel
- A combined electrochemical and XPS study of Bi UPD on different substrates. ISE 2010, Nice
K. O. Thiel, M.Hintze, A. Vollmer, C. Donner
- Adsorption of Thiothymines on the Au(111) electrode. Electrochimica Acta, Vol. 55, Issue 27 2010, 8135
M. Hintze, K.Thiel, A. Vollmer, H. Brunner, C. Donner
- Bismuth Deposition on the modified Au(111) electrode. J. Electroanal. Chem. 638, Issue 1, (2010), pp.143
K. Thiel, M. Hintze, A. Vollmer, C. Donner
