%0 Generic
%A Verreault, Dominique
%D 2011
%F heidok:12177
%K ITO , Wasser , Summenfrequenzgenerations-Spektroskopie , Voltammetrie , fest/flüssig GrenzflächenITO , Water , Sum-frequency-generation spectroscopy , Voltammetry , Solid-liquid interface
%R 10.11588/heidok.00012177
%T Investigation of surface charging at the ITO/aqueous solution interface by in situ sum-frequency-generation spectroscopy and voltammetry
%U https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/12177/
%X Oberflächenladung und ionenspezifische Effekte, die an der Metalloxid/Wassergrenzfläche auftreten, spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen biologischen, ökologischen, geophysikalischen und industriellen Prozessen. Trotz ihrer Bedeutung ist der Einfluss dieser Effekte auf die Anordnung der Wassermoleküle an der Grenzfläche zu geladenen Oxidoberflächen noch nicht völlig verstanden. In dieser Arbeit wurden Oberflächenladung und ionenspezifische Effekte an der ITO/Wassergrenzfläche mit Hilfe von in situ Schwingungs-Summenfrequenzgenerations (SFG)-Spektroskopie zusammen mit Voltammetrie untersucht. Der n-Typ ITO-Halbleiter mit großer Bandlücke wurde als Versuchsmaterial wegen seiner guten chemischen Stabilität, hohen optischen Transparenz und seines geringen elektrischen Widerstandes gewählt. Diese Eigenschaften ermöglichen simultane spektroskopische und kontrollierte voltammetrische Messungen in wässeriger Umgebung. Um diese Messungen an dieser Grenzfläche und anderer geladener fest/flüssig Grenzflächen durchzuführen, wurde der vorherige SFG-Spektrometeraufbau substantiell verändert. Im Besonderen wurde ein Fabry-Perot Etalon für die zeitliche Pulsmodifizierung und unabhängige Phasenmessungen hinzugefügt, ebenso wurde der Probenbereich für eine einfache Bedienung und schnelle Wechsel der Messzelle neu gestaltet. Zusätzlich wurde eine Referenzlinie für Messungen absoluter Intensitäten installiert. Außerdem wurde eine neuartige Drei-Elektroden spektroelektro-chemische Zelle mit einem ITO-beschichteten und IR-transparenten Prisma als Arbeitselektrode konzipiert und angefertigt. Die dünne aufgedampfte und temperierte ITO-Schicht wurde zunächst bezüglich ihrer strukturellen, elektrischen und optischen Eigenschaften mit Hilfe von Röntgenbeugung, Rasterelektronenmikroskopie, Vierpunktmessungen und optischen Spektroskopien charakterisiert. Eine homogene, polykristallin strukturierte Oberfläche mit geringer Schichtresistivität (ca. 10^-2 Ohm cm) und hoher Transmission (ca. 80–90%) im sichtbaren Bereich wurde gefunden. Der isoelektrische Punkt (pHiep = 3) von ITO wurde durch Messungen des Strömungspotentials inWasser und wässerigen Salzlösungen bestimmt. Der Einfluss des angelegten Potentials auf die Anordnung der Wassermoleküle und auf die Ionenaffinität wurde mit SFG-Messungen an zwei Positionen in der Region für gebundenes OH (ca. 3150 cm^-1 und ca. 3400 cm^-1) mit Schwerwasser, Wasser und zwei Reihen anionischer und kationischer Salzlösungen untersucht. Die Experimente mit Wasser zeigten das Vorhandensein eines starken nichtresonanten Beitrages der ITO-Schicht, der möglicherweise alle resonanten Beiträge dominieren könnte, außer vielleicht bei hohem positiven Potential. Für die anionischen und kationischen Salzlösungen konnte kein ionenspezifischer Effekt entdeckt werden. Einige weiche Ionen zeigten jedoch eine bestimmte Affinität für die ITO-Oberfläche. Zusätzlich wurde die Oberflächenstromdichte in beiden spektralen Bereichen und die Anwesenheit von Korrosionseffekten auf ITO gemessen, welche besonders auffällig für Halogensalze waren.