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Wissen. Was praktisch zählt.
Wasserstoff in oxidischen
Materialien
Autoren: D. Rogalla* / H.-W. Becker* / Franziska Traeger
* Zentrale Einrichtung für Ionenstrahlen und Radionuklide (RUBION) der Ruhr-Universität Bochum
Oberflächeneigenschaften und Wasserstoffgehalt
Die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit von Zinkoxid (ZnO) durch eingelagerten Wasserstoff wurde schon
vor Jahrzehnten für Wasserstoffdetektoren ausgenutzt, neuerdings für katalytische und optoelektronische
Anwendungen wie Leuchtdioden oder Dünnschichtsolarzellen.
Forschung und Lehre
Projektbezogene Themen werden in den Studiengang Chemie eingebracht, regelmäßig Projektpraktika
angeboten.
Experimente
Am RUBION wird Wasserstoff mittels Kernreaktionsanalyse (NRA) nachgewiesen: 1H + 15N → 12C + α + γ.
An der Westfälischen Hochschule werden die Proben mit ultrahochvakuum-basierten Methoden präpariert,
v.a. Thermische Desorption (TDS) und Elektronenbeugung (LEED).
Ergebnisse
Die H-Bedeckung kann aus der Höhe des Oberflächenpeaks bestimmt werden, wie der Austausch H gegen H2O zeigt (Verdopplung der Intensität). Die Bestimmung absoluter Bedeckungen ist
möglich. Die Leitfähigkeit von ZnO wird wesentlich von der Oberfläche beeinflusst. Profile bis in eine Tiefe von 50 nm zeigen, wie
schnell die Wasserstoffkonzentration abnimmt.
F. Traeger, M. Kauer, Ch. Wöll, D. Rogalla, H.-W. Becker, Phys. Rev.
Probenaufbau im NRA-Experiment.
B 84, 075462, (2011).
Ausblick
TiO2 hat in den letzten Jahren neue Anwendungen in der (Photo-)
Katalyse und als High-k-Material gefunden. Die Korrelation zwischen Defektdichten, Wasserstoffgehalt und Leitfähigkeit ist Gegenstand aktueller Arbeiten.
H-Konzentationsprofil eines ZnO(10-10)-Kristalls, der mit
einer Monolage H2O (schwarze Kurve) bzw. einer Monolage H
(blaue Kurve) belegt ist.
H-Konzentrationsverlauf ausgehend von einer
ZnO(10-10)-Oberfläche bis ins Volumen.
Kontakt
Westfälische Hochschule
Prof. Dr. Franziska Traeger
August-Schmidt-Ring 10
45665 Recklinghausen
Mit MoS2, Graphit und ZnO-Pulver wurde der Fokus auf einkristalline Modellsysteme verlassen.
Elektronen-Beugungsbild (LEED) einer Graphitoberfläche und elektronenmikroskopisches Bild (REM) einer ZnO-Pulverprobe.
Tel.: 02361-915-515w
Mail: [email protected]
www.w-hs.de
Westfälische Hochschule
University of Applied Sciences
Fachbereich Wirtschaftsingenieurwesen