Electrochemical behaviour of pseudomorphic Ag and Cu monolayers on well-ordered single crystal surfaces and of Ir(210) nanofacets [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Khaled Ahmed Mohamed Soliman

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Universit¨at UlmInstitut fur¨ ElektrochemieElectrochemical behaviour of pseudomorphic Agand Cu monolayers on well-ordered single crystalsurfaces and of Ir(210) nanofacetsDISSERTATIONzur Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat.der Fakult¨at fur¨ Naturwissenschaften der Universit¨at Ulmvorgelegt vonKHALED AHMED MOHAMED SOLIMAN¨AUS KAIRO, AGYPTENUlm, 2008Der experimentelle Teil dieser Arbeit wurde in der Zeit von Oktober2004 bis Juli 2008 in dem Institut fu¨r Elektrochemie der Universitt Ulmangefertigt.Wissenschaftlicher Betreuer: Prof. Dr. Dieter M. KolbAmtierender Dekan: Prof. Dr. Klaus-Dieter SpindlerGutachter:Prof. Dr. D. M. KolbProf. Dr. W. TillmetzTag der Promotion: 18. Dezember 2008Universty of UlmInstitut of ElectrochemistryElectrochemical behaviour of pseudomorphic Agand Cu monolayers on well-ordered single crystalsurfaces and of Ir(210) nanofacetsA PhD thesis submitted to theFaculty of Natural Sciences of University of Ulmin fulfillment of the requirements forthe degree Dr. rer. nat.byKHALED AHMED MOHAMED SOLIMANUlm, Germany2008The work here described was carried out between October, 2004 andJuly 2008, in the laboratories of institute of electrochemistry, university ofUlm.Prof. Dr. Dieter M. KolbDean: Prof. Dr. Klaus-Dieter SpindlerReviewers:Prof. Dr. D. M. KolbProf. Dr. W. TillmetzDay of Defense: 18.
Publié le : mardi 1 janvier 2008
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Universit¨at Ulm
Institut fur¨ Elektrochemie
Electrochemical behaviour of pseudomorphic Ag
and Cu monolayers on well-ordered single crystal
surfaces and of Ir(210) nanofacets
DISSERTATION
zur Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat.
der Fakult¨at fur¨ Naturwissenschaften der Universit¨at Ulm
vorgelegt von
KHALED AHMED MOHAMED SOLIMAN
¨AUS KAIRO, AGYPTEN
Ulm, 2008Der experimentelle Teil dieser Arbeit wurde in der Zeit von Oktober
2004 bis Juli 2008 in dem Institut fu¨r Elektrochemie der Universitt Ulm
angefertigt.
Wissenschaftlicher Betreuer: Prof. Dr. Dieter M. Kolb
Amtierender Dekan: Prof. Dr. Klaus-Dieter Spindler
Gutachter:
Prof. Dr. D. M. Kolb
Prof. Dr. W. Tillmetz
Tag der Promotion: 18. Dezember 2008Universty of Ulm
Institut of Electrochemistry
Electrochemical behaviour of pseudomorphic Ag
and Cu monolayers on well-ordered single crystal
surfaces and of Ir(210) nanofacets
A PhD thesis submitted to the
Faculty of Natural Sciences of University of Ulm
in fulfillment of the requirements for
the degree Dr. rer. nat.
by
KHALED AHMED MOHAMED SOLIMAN
Ulm, Germany
2008The work here described was carried out between October, 2004 and
July 2008, in the laboratories of institute of electrochemistry, university of
Ulm.
Prof. Dr. Dieter M. Kolb
Dean: Prof. Dr. Klaus-Dieter Spindler
Reviewers:
Prof. Dr. D. M. Kolb
Prof. Dr. W. Tillmetz
Day of Defense: 18. December 2008Selbst¨andigkeitserkl¨aung
Hiermit erkl¨are ich, die vorliegende Dissertation selbstst¨andig und ohne
unerlaubte fremde Hilfe angefertigt zu haben. Ich habe keine anderen als
die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt und sam¨ tliche Textstellen,
die w¨ortlich oder sinngem¨aß aus ver¨offentlichten oder unver¨offentlicthen
Schriftenentnommenwurden,undalleAngaben,dieaufmu¨ndlichenAuskun¨ ften
beruhen, als solche kenntlich gemacht. Ebenfalls sind alle von anderen Per-
sonen erbrachten Dienstleistungen als solche gekennzeichnet.
Ulm, den Juli 2008
Khaled Ahmed Mohamed SolimanTo my fatherContents
1 Introduction 1
2 Theoretical part 5
2.1 Metal/electrolyte interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.1 Electrical double layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.2 The potential of zero charge . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.3 Charge displacement method . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Single crystal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.1 Crystal structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.2 The face centered cubic (fcc) crystal structure . . . . . 10
2.2.3 Single crystal electrode surface preparation . . . . . . 11
2.3 Metal deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.1 Basic equation of metal deposition . . . . . . . . . . . 12
2.3.2 Metal growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 Electrocatalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4.1 The d-band center of a metal . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4.2 CO oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.5 Properties of Pt-group metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.6 Nanofaceting of surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3 Experimental 17
3.1 Basic concepts of the experimental techniques . . . . . . . . . 17
3.1.1 Cyclic voltammetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.2 Capacitance measurements . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2 Experimental procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2.1 Glassware cleaning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.2 Sample preparation methods . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.3 Electrochemical cell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.4 List of chemicals and materials . . . . . . . . . . . . . 22
4 Pseudomorphic Cu monolayers on Pd(hkl) 23
4.1 Pd(111) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.1.1 Effect of the surface defect density on Cu UPD . . . . 25
iiiiv
4.1.2 Effect of anions on Cu UPD . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.3 Effects on the further oxidative potential for stripping
the copper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.1.4 Effect of immersion time on the Cu UPD . . . . . . . 30
4.2 Pd(100) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.3 PZC of Cu(111) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5 Pseudomorphic Ag monolayers 39
5.1 Ag UPD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.2 PZC measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.3 Electrocatalytic activity of Ag monolayers . . . . . . . . . . . 50
5.3.1 OH adsorption at Ag monolayers . . . . . . . . . . . . 50
5.3.2 Glucose oxidation at Ag monolayers . . . . . . . . . . 51
5.3.3 Glucose oxidation at Ag adlayers modified Au(111) . . 54
5.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6 Electrochemical behavior of Ir single crystals 59
6.1 Electrochemical behavior of Ir(111) . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.1.1 Characterization of Ir(111) in 0.1 M H SO . . . . . . 592 4
6.1.2 Chara of Ir(111) in 0.1 M HClO . . . . . . 604
6.1.3 Oxygen reduction at Ir(111) . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.2 Electrochemical behaviour of Ir(210) . . . . . . . . . . . . . . 66
6.2.1 Characterization of Ir(210) in 0.1 M H SO . . . . . . 662 4
6.2.2 Chara of Ir(210) in 0.1 M HClO . . . . . . 694
6.2.3 Electrocatalytic behaviour of Ir(210) . . . . . . . . . . 72
6.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
7 Summary 75
8 Zusammenfassung 77
Bibliography 79

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