Beispiel eines nano-elektrochemischen Experimentes

1. Einführung

In diesem Bereich von Nanoworld soll ein nano-elektrochemisches Experiment gezeigt werden. Die Methoden, denen man sich während des Experimentes bedient, werden einzeln vorgestellt und erläutert.

Inhalt des Experimentes ist die Bildung von Fremdatom-Monoschichten auf festen Elektroden im Unterspannungsbereich und der Einfluss der Oberflächenstruktur auf die Abscheidung. Das Modellsystem für dieses Experiment wird die Pb-Abscheidung auf einer Ag(111)-Elektrode sein. Die verwendeten Methoden zur Untersuchung der Oberfläche sind vor allem die zyklische Voltammetrie und die in-situ Rastertunnelmikroskopie (STM). Mit Hilfe dieser Methoden wird der örtliche und zeitliche Ablauf der Pb-Adsorption an nicht-idealen (d.h. nicht atomar glatten) Ag-Substraten beobachtet.

2. Grund für das Experiment

Die Bildung von Fremdmetall-Monoschichten auf festen Elektrodensubstraten im Unterspannungsbereich (d.h. bei positiverem Potential als das Gleichgewichtspotential des entsprechenden Fremdmetallsystems) ist seit vielen Jahren Gegenstand elektrochemischer Untersuchungen, da sie eine wichtige Vorstufe für die nachfolgende 3D-Phasenbildung des Fremdmetalls darstellt. Untersuchungen an Einkristallsubstraten zeigen dabei, dass die thermodynamischen und kinetischen Eigenschaften der Unterspannungsadsorbate stark von der Oberflächenstruktur der Einkristallsubstrate beeinflusst werden. Der Rastertunnelmikroskopie kommen bei den Untersuchungen von Oberflächenstrukturen eine besondere Rolle zu, da man durch ihre Auflösung bis in den Nanometerbereich periodische Oberflächeneigenschaften und Oberflächensingularitäten (Stufen, Versetzungen...) erkennenen kann. Dies wird in Abbildung 1a und 1b verdeutlicht.

In Abbildung 1a ist eine komplette Pb-Monoschicht auf einer Ag(111)-Elektrode zu sehen. Man kann die hexagonale Struktur an der Oberfläche erkennen (siehe orange Kreise). Abbildung 1b hingegen zeigt zwei Schraubenversetzungen sowie eine atomare Insel an der Oberfläche.