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Electrochemical Sensing of Gallic Acid in Beverages Using a 3D Bio-Nanocomposite Based on Carbon Nanotubes/Spongin-Atacamite
No full textGallic acid (GA) is one of the most important polyphenols, being widely used in the food, cosmetic, and pharmaceutical industries due to its biological effects such as antioxidant, antibacterial, anticancer, antiviral, anti-inflammatory, and cardioprotective properties. Hence, simple, fast, and sensitive determination of GA is of particular importance. Considering the fact that GA is an electroactive compound, electrochemical sensors offer great potential for GA quantitation due to their fast response time, high sensitivity, and ease of use. A simple, fast, and sensitive GA sensor was fabricated on the basis of a high-performance bio-nanocomposite using spongin as a natural 3D polymer, atacamite, and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). The developed sensor showed an excellent response toward GA oxidation with remarkable electrochemical features due to the synergistic effects of 3D porous spongin and MWCNTs, which provide a large surface area and enhance the electrocatalytic activity of atacamite. At optimal conditions by differential pulse voltammetry (DPV), a good linear relationship was obtained between peak currents and GA concentrations in a wild linear range of 500 nM to 1 mM. Subsequently, the proposed sensor was used to detect GA in red wine as well as in green and black tea, confirming its great potential as a reliable alternative to conventional methods for GA determination
Two polymorphs of N,N′-diphenyl-2-[1-(propylamino)ethylidene]propanediamide
No full textTwo polymorphs of the title compound, C20H23N3O2, have been isolated. Polymorph (I) crystallizes in the monoclinic space group P21/n and polymorph (II) in the tetragonal space group I41/a. The main difference between the two polymorphs on the molecular level is the orientation of the n-propyl group. This group is antiperiplanar in (I) and synclinal in (II). The core of the molecule consists of two carbamoyl units bound to an enamine unit. The most prominent features are intramolecular N—H⋯O hydrogen bonds in both polymorphs. Both polymorphs form dimers with graph set R22(12) via intermolecular N—H⋯O hydrogen bonds. Adjacent dimers of (I) are connected via a weak C—H⋯O interaction, resulting in a chain parallel to the crystallographic a-axis. The dimers of (II) are connected by weak C—H⋯π interactions, forming intermolecular chains along the c-axis direction
On the influence of quenched randomness on the large-scale behavior in drift-diffusion equations and variational interface models
No full textIn this thesis we study the influence of quenched randomness on the large-scale behavior in three mathematical models. First, we study a drift-diffusion process with a random drift that is assumed to be divergence-free. Moreover, we consider two variational interface models. Motivated by recent progress on the two-dimensional Random Field Ising Model, we study a perimeter functional perturbed by an external random field. Moreover, we analyze the limiting behavior of heterogeneous Allen-Cahn functionals with random coefficients.
Chapter 2 is concerned with the large-time behavior of the aforementioned drift-diffusion process, which we study in the critical situation of a white noise-type drift in two space dimensions. Upon taking thermal averages, we show that the resulting process displays intermittent behavior. More specifically, we study the thermally averaged Jacobian matrix with respect to the starting point, which we like to understand as a measure of sensitivity for the dependence on the initial data. We show that normalized second moments of this process are not equi-integrable. The result is obtained through the analysis of an approximation that implements the idea of a scale-by-scale homogenization technique. This approximation shows intermittent behavior, which can be monitored through its second and fourth moment. In a weak form, this intermittency is transferred to the original process.
Next, we consider the first interface model in Chapter 3, where we study the influence of a small-amplitude random field on an isotropic perimeter functional. Again, we consider a critical setting with a white noise-type field in two space dimensions. In the presence of an ultra-violet regularization, we establish a large-scale regularity theory for local minimizers. More specifically, we show that the averaged normal of any minimizing surface admits a well-controlled modulus of continuity. This shows that typically minimizing surfaces are flat on exponentially large length scales when the amplitude of the noise vanishes.
Lastly, in Chapter 4, we consider an Allen-Cahn model for diffuse interfaces of width epsilon with microscopic heterogeneities on some length scale delta. We distinguish two regimes. In what we call the homogenization regime, we establish a criterion on the relation between the scales epsilon and delta that ensures that in the joint limit epsilon, delta to zero the homogenization limit delta to zero happens before the sharp-interface limit epsilon to zero. In the so-called rare events regime, we show the sharpness of the previously mentioned criterion in case of an one-dimensional random checkerboard by determining the extremal behavior and the transition layer towards the homogenization regime
Bilanzierung des Klimaschutzpotenzials von Abfallvermeidung durch regionale Wiederverwendungs-Plattformen am Beispiel der „Zündstoffe Materialvermittlung Dresden“
No full textIm Rahmen dieser Arbeit wurde das Klimaschutzpotenzial von lokaler Abfallvermeidung durch Wiederverwendungs-Plattformen analysiert.
Zunächst wurden die Grundlagen erarbeitet, wie Abfallvermeidung rechtlich geregelt ist und beeinflusst wird, welche Rolle sie für die Kreislaufwirtschaft spielt und spielen kann, welche Akteure an der Abfallvermeidung durch Wiederverwendung maßgeblich beteiligt und verantwortlich sind, welche Chancen und Herausforderungen sich für die beteiligten Akteure ergeben und welche Möglichkeiten bestehen Abfallvermeidung messbar zu machen. Anschließend wurde die gewählte Methodik zur Bilanzierung der Materialflüsse und der Klimaauswirkungen dargelegt sowie die Ergebnisse dargestellt, ausgewertet und diskutiert.
Die in dieser Schrift betrachteten Wiederverwendungs-Plattformen sind lokale, aus einer Graswurzelbewegung heraus entstandene, Akteure in der Gesellschaft, die durch ihr Handeln eine Verbesserung der Kreislaufwirtschaft in ihrem Tätigkeitsbereich forcieren. Dies tun sie, indem sie überflüssige Produkte oder Materialien von unterschiedlichen Akteuren direkt vermitteln oder lagern und vermitteln, wenn neue Nutzer gefunden werden. Dadurch werden zum einen Produkte vor der vorzeitigen Entsorgung bewahrt, deren Lebenszyklus verlängert sowie zum anderen der Kauf neuer Produkte durch die Nutzer der gebrauchten Produkte vermieden.
Die Recherche im Rahmen dieser Arbeit hat gezeigt, dass in der wissenschaftlichen Literatur sehr unterschiedliche Methoden zur Bilanzierung des Klimaschutzpotenzials solcher Tätigkeiten genutzt werden. Häufig wird die Phase des Lebensendes und die Emissionen, die Wiederverwendungs-Plattformen bei ihren Tätigkeiten verursachen, nicht in die Bewertung der Produkte miteinbezogen. Zwei Lücken, die diese Arbeit unter Anwendung einer ganzheitlichen Methodik versucht zu schließen. Als Einheit zur Darstellung des Klimaschutzpotenzials wurde das globale Erwärmungspotenzial in 100 Jahren (engl.: Global Warming Potential in 100 years = GWP100)) in kg CO2e gewählt.
Diese holistische Methodik wird anhand der Fallstudie des Wiederverwendungsunternehmens Zündstoffe Materialvermittlung Dresden (ZUMADD) veranschaulicht, welche im Rahmen des Zukunftsstadtprojekt Dresden (2019 – 2022) wissenschaftlich begleitet wurde. Die Ergebnisse der Analyse zeigen, dass im Laufe der zweijährigen Fallstudie (Erhebungszeitraum 01. Oktober 2019 bis 30. September 2021) 6.213 kg an Restmaterial angenommen wurden, wovon 3.132 kg an Akteure weitervermittelt werden konnten. Der Rest verblieb im Materiallager. Der Kategorie „Holz“ konnten 46 % (1.453 kg) des vermittelten Materials zugeordnet werden. Aufbauend auf der entwickelten Methodik wurde errechnet, dass durch diese Tätigkeiten 13.310 kg CO2e Emissionen vermieden werden konnten. Gleichzeitig verursachten die Tätigkeiten von ZUMADD 251 kg CO2e Emissionen, was zu einem summierten Klimaschutzpotenzial von 13.059 kg CO2e führt.
Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist auf lokaler Ebene Klimaschutz durch Abfallvermeidung zu fördern. Auch wenn das Einsparpotenzial im Vergleich zu anderen Treibhausgasemittenten aus anderen Sektoren gering ist, wird dennoch der positive Effekt der abseits der kommunalen Abfallwirtschaft stattfindenden Tätigkeiten herausgestellt. Mögliche Skaleneffekte der bisher ideell motivierten Tätigkeiten der Wiederverwendungs-Plattformen durch verbesserte Vernetzung mit öffentlich-rechtlichen Entsorgungsträger und Förderung durch diese, sind sehr wahrscheinlich.:Danksagung II
Zusammenfassung III
Abstract V
Inhaltsverzeichnis VII
Abbildungsverzeichnis IX
Tabellenverzeichnis XI
Abkürzungsverzeichnis XII
1. Einleitung und Zielstellung 1
2. Stand des Wissens 6
2.1. Kontext und rechtliche Rahmenbedingungen 6
2.1.1. Daseinsvorsorge und Abfallvermeidung in der kommunalen Abfallwirtschaft 6
2.1.2. Europäischer Grüner Deal und der Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft 12
2.1.3. Kreislaufwirtschaftsgesetz 14
2.1.4. Abfallvermeidungsprogramm des Bundes und der Länder 18
2.2. Wiederverwendung in der Kreislaufwirtschaft 21
2.3. Wiederverwendung als Maßnahme zur Abfallvermeidung 28
2.3.1. Chancen und Herausforderungen 28
2.3.2. Einflussfaktoren 42
2.3.3. Bilanzierung des Klimaschutzpotenzials von Wiederverwendung 59
2.4. Akteure in der Abfallvermeidung und Wiederverwendung 62
2.5. Materialinitiativen im deutschsprachigen Raum 65
3. Methodik 70
3.1. Identifizierung und Erfassung der Akteure und Materialflüsse 70
3.1.1. Identifizierung und Erfassung der Akteure 70
3.1.2. Identifizierung und Erfassung der Materialflüsse 72
3.2. Bilanzierung von Abfallvermeidung und Modellierung der Materialflüsse 74
3.2.1. Bilanzierung von Abfallvermeidung 74
3.2.2. Modellierung der Materialflüsse 76
3.3. Modellierung der CO2-Bilanz 77
3.3.1. Kohlenstofffußabdruck von Unternehmen 78
3.3.2. Produkt-Kohlenstoff-Fußabdruck 81
3.4. Bilanzierung des Klimaschutzpotenzials 88
4. Ergebnisse und Auswertung 93
4.1. Literaturauswertung 93
4.2. Öffnungstage und Massenbilanz 96
4.3. Konfidenzbewertung 100
4.4. Akteursbeteiligung 101
4.5. Unternehmensemissionen 102
4.6. Klimaschutzbilanz 103
5. Diskussion 106
5.1. Stand des Wissens 106
5.2. Methodik 114
5.3. Ergebnisse 118
5.4. Fehlerbetrachtung 119
6. Ausblick 121
Literaturverzeichnis 124
Anhang IAs part of this work, the climate protection potential of local waste avoidance through reuse platforms was analysed.
Firstly, the basics of how waste prevention is legally regulated and influenced, what role it plays and can play in the circular economy, which actors are significantly involved in and responsible for waste prevention through reuse, what opportunities and challenges arise for the actors involved and what possibilities exist to make waste prevention measurable. The methodology chosen for balancing the material flows and climate impact was then presented and the results presented, analysed and discussed.
The reuse platforms considered in this paper are local actors in society that have emerged from a grassroots movement and whose actions promote an improvement in the circular economy in their area of activity. They do this by directly brokering or storing redundant products or materials from various stakeholders and acting as intermediaries when new users are found. This prevents products from being disposed of prematurely, extends their life cycle and avoids the purchase of new products by the users of used products.
The research conducted as part of this work has shown that quite different methods are used in the scientific literature to assess the climate protection potential of such activities. Often, the end-of-life phase and the emissions that reuse platforms cause during their activities are not included in the assessment of the products. These are two gaps that this study attempts to close by applying a holistic methodology. The Global Warming Potential in 100 years (GWP100) in kg CO2e was chosen as the unit for visualising the climate protection potential.
This holistic methodology is illustrated by the case study of the reuse organisation Zündstoffe Materialvermittlung Dresden (ZUMADD), which was conducted as part of the Dresden City of the Future project (2019–2022). The results of the analysis show that 6,213 kg of residual material was accepted over the course of the two-year case study (survey period 01. October 2019–30. September 2021), of which 3,132 kg was passed on to stakeholders. The rest remained in the material storage. The 'wood' category accounted for 46 % (1,453 kg) of the material brokered. Based on the methodology developed, it was calculated that 13,310 kg of CO2e emissions could be avoided through these activities. At the same time, ZUMADD's activities caused 251 kg of CO2e emissions, resulting in a total climate protection potential of 13,059 kg of CO2e.
The results show that it is possible to promote climate protection at a local level through waste prevention. Even if the savings potential is low compared to other greenhouse gas emitters from other sectors, the positive effect of activities that take place outside of municipal waste management is nevertheless emphasised. Economies of scale of the previously ideally motivated activities of the reuse platforms through improved networking with and promotion by public waste management organisations are highly likely.:Danksagung II
Zusammenfassung III
Abstract V
Inhaltsverzeichnis VII
Abbildungsverzeichnis IX
Tabellenverzeichnis XI
Abkürzungsverzeichnis XII
1. Einleitung und Zielstellung 1
2. Stand des Wissens 6
2.1. Kontext und rechtliche Rahmenbedingungen 6
2.1.1. Daseinsvorsorge und Abfallvermeidung in der kommunalen Abfallwirtschaft 6
2.1.2. Europäischer Grüner Deal und der Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft 12
2.1.3. Kreislaufwirtschaftsgesetz 14
2.1.4. Abfallvermeidungsprogramm des Bundes und der Länder 18
2.2. Wiederverwendung in der Kreislaufwirtschaft 21
2.3. Wiederverwendung als Maßnahme zur Abfallvermeidung 28
2.3.1. Chancen und Herausforderungen 28
2.3.2. Einflussfaktoren 42
2.3.3. Bilanzierung des Klimaschutzpotenzials von Wiederverwendung 59
2.4. Akteure in der Abfallvermeidung und Wiederverwendung 62
2.5. Materialinitiativen im deutschsprachigen Raum 65
3. Methodik 70
3.1. Identifizierung und Erfassung der Akteure und Materialflüsse 70
3.1.1. Identifizierung und Erfassung der Akteure 70
3.1.2. Identifizierung und Erfassung der Materialflüsse 72
3.2. Bilanzierung von Abfallvermeidung und Modellierung der Materialflüsse 74
3.2.1. Bilanzierung von Abfallvermeidung 74
3.2.2. Modellierung der Materialflüsse 76
3.3. Modellierung der CO2-Bilanz 77
3.3.1. Kohlenstofffußabdruck von Unternehmen 78
3.3.2. Produkt-Kohlenstoff-Fußabdruck 81
3.4. Bilanzierung des Klimaschutzpotenzials 88
4. Ergebnisse und Auswertung 93
4.1. Literaturauswertung 93
4.2. Öffnungstage und Massenbilanz 96
4.3. Konfidenzbewertung 100
4.4. Akteursbeteiligung 101
4.5. Unternehmensemissionen 102
4.6. Klimaschutzbilanz 103
5. Diskussion 106
5.1. Stand des Wissens 106
5.2. Methodik 114
5.3. Ergebnisse 118
5.4. Fehlerbetrachtung 119
6. Ausblick 121
Literaturverzeichnis 124
Anhang
Entkopplung von Graphen auf SiC(0001) durch Interkalation
No full textGraphen, eine einatomig dicke Lage von Kohlenstoffatomen, war als erstes System seiner Art der Ausgangspunkt für die Forschung an zweidimensionalen Materialien. Durch das epitaktische Wachstum von Graphen auf SiC konnte eine Möglichkeit zur skalierbaren Herstellung von Filmen mit hoher Qualität etabliert werden. Dabei sind vor allem die elektronischen Eigenschaften von Graphen von Interesse. Die Interkalation von verschiedenen Elementen, also das Einbringen von Atomen an die Grenzfläche zwischen Graphen und SiC, bietet die Möglichkeit der Manipulation der elektronischen Eigenschaften der Graphenlage und der Erzeugung von andernfalls instabilen Strukturen des Interkalanten. Die vorliegende Arbeit zeigt die Entwicklung von Verfahren zur Interkalation der
Elemente Schwefel, Selen oder Bismut sowie die Charakterisierung der entstandenen Schichtsysteme mittels verschiedener oberflächensensitiven Messmethoden. Die erfolgreiche Interkalation der jeweiligen Elemente wird demonstriert, wobei der Effekt auf die Graphenlage mittels Photoelektronenspektroskopie untersucht wird. Weiterhin wird die strukturelle Anordnung der interkalierten Atome anhand von Experimenten der Elektronenstrahlbeugung beurteilt. Die Interkalation von Schwefel erfolgt in einem Zwei-Zonen-Ofen und resultiert in einer Löcherdotierung des Graphens. Dabei zeigen teil-interkalierte Proben nicht-interkalierte Schwefelrückstände auf der Probenoberfläche, welche einen Übergangszustand vor der Interkalation einnehmen. Durch ein Anlassen dieser Proben im Ultrahochvakuum bei höheren Temperaturen können diese Atome ebenfalls an die Grenzfläche zum Substrat transportiert werden, wodurch eine vollständige Interkalation möglich ist.
Auch zur Interkalation von Selen wird der Zwei-Zonen-Ofen genutzt, wobei dadurch ebenfalls eine Löcherdotierung im Graphen beobachtet wird. Ebenso wie bei den Experimenten zur Schwefelinterkalation können auf teil-interkalierten Proben Selenrückstände auf der Oberfläche ausgemacht werden. Allerdings resultiert das Anlassen dieser Proben im Vakuum nicht in einer Erhöhung des Interkalationsgrades, da die nicht-interkalierten Selenatome bei diesen Temperaturen von der Probenoberfläche desorbieren. Abschließend werden Experimente zur Interkalation von Bismut gezeigt. Zunächst wird dazu Bismut auf die Probenoberfläche aufgedampft. Ein anschließendes Anlassen in Argonatmosphäre bei Atmosphärendruck resultiert in der Interkalation von metallischem und oxidiertem Bismut. Wenn hingegen der Interkalationsprozess durch ein Anlassen im Vakuum realisiert wird, gelangt ausschließlich metallisches Bismut an die Grenzfläche zum Substrat. Dabei kann, abhängig von der Menge des interkalierten Bismuts, eine (1 × 1)- oder eine (√3 × √3)-Periodizität der interkalierten Atome beobachtet werden. Erstere führt zu einer Elektronendotierung und zweitere zu einer geringen Löcherdotierung des Graphens. Die Ergebnisse demonstrieren den unterschiedlichen Einfluss der Interkalanten auf das Graphen. Außerdem ebenen diese den Weg für die Interkalation mehrerer Elemente, um beispielsweise Übergangsmetalldichalcogenide (z. B. MoS2, WSe2, ...) oder Materialien wie Bi2Se3 an der Grenzfläche zwischen Graphen und Substrat zu erzeugen.:1 Einleitung 1
2 Grundlagen 5
2.1 Siliziumkarbid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Graphen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Epitaktisches Wachstum von Graphen auf SiC . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Interkalation von Graphen auf SiC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3 Experimentelle Methoden 21
3.1 Photoelektronenspektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.1 Grundlegende Aspekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.2 Bestimmung der Schichtdicke mittel XPS . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1.3 Instrumentelle Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2 Beugung niederenergetischer Elektronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.1 Grundlegende Aspekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.2 Instrumentelle Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Probenpäparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4 Beschreibung einer Pufferschicht 41
4.1 XPS an Pufferschichtproben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 LEED an Pufferschichtproben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5 Entkopplung einer Pufferschicht mit Schwefel 45
5.1 Schwefelinterkalation mit Pyrit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.2 Teilinterkalation von Pufferschichtproben mit Schwefel . . . . . . . . . . 52
5.3 Anlassen einer teilinterkalierten Probe im UHV . . . . . . . . . . . . . . 56
5.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6 Entkopplung einer Pufferschicht durch Seleninterkalation 61
6.1 Seleninterkalation mit Zinndiselenid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.2 Teilinterkalation einer Pufferschicht mit Selen . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.3 Anlassen einer teilinterkalierten Probe im UHV . . . . . . . . . . . . . . 71
6.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
7 Entkopplung einer Pufferschicht durch Bismutinterkalation 83
7.1 Zwei-Schritte-Verfahren in Argonatmosphäre . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7.2 Reduktion des Bismutoxids durch Anlassen im UHV . . . . . . . . . . . . 95
7.3 Interkalation mit Bismut durch Anlassen im UHV . . . . . . . . . . . . . 101
7.4 Strukturelle Transformation der interkalierten Bi-Lage . . . . . . . . . . 110
7.5 Übergang von der α- zur β-Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
8 Zusammenfassung und Ausblick 129
A Anhang zur Schwefelinterkalation 133
B Anhang zur Seleninterkalation 137
C Anhang zur Bismutinterkalation 141
Literaturverzeichnis 151
Abkürzungsverzeichnis 163
Danksagung 165
Selbstständigkeitserklärung 167
Vollständige Publikationsliste 169
Konferenzbeiträge 171Graphene, a single layer of carbon atoms, was the first of its kind to provide a starting point for research into two-dimensional materials. Epitaxial growth of graphene on SiC is a method for growing scalable and high quality films. The electronic properties of graphene are of particular interest. The intercalation of different materials, i.e. the transport of certain atoms to the graphene/SiC interface, is a way to manipulate the electronic properties of a graphene layer and also to create otherwise unstable structures of the intercalant. This work involves the development of methods to intercalate the elements sulfur, selenium or bismuth and the characterisation of the resulting layer systems using various surface sensitive measurement techniques. The successful intercalation of the specific species is demonstrated and the effect of the intercalant on the graphene layer is investigated by photoelectron spectroscopy. Furthermore, the structural arrangement of the intercalated atoms is studied by electron diffraction experiments. The intercalation of sulfur takes place in a two-zone furnace and results in a hole-doped graphene layer. Partially intercalated samples show residual, non-intercalated sulfur on the sample surface, which appears to be in a transition state prior to intercalation. Subsequent annealing of these samples in ultra-high vacuum at higher temperatures transports these sulfur atoms to the interface on the substrate, resulting in complete intercalation of the sample. The two-zone furnace is also used for selenium intercalation and hole doping of the graphene is observed. Similar to sulfur intercalation, partially intercalated samples show selenium remaining on the sample surface. However, subsequent annealing of these samples in vacuum does not increase the degree of intercalation, as the non-intercalated selenium atoms desorb from the sample surface at these temperatures. Finally, bismuth intercalation experiments are demonstrated. Bismuth is first evaporated on top of the sample. Subsequent annealing in an argon atmosphere at atmospheric pressure results in the intercalation of metallic and oxidised bismuth. Otherwise, if the intercalation process is carried out by annealing in vacuum, only metallic bismuth appears at the graphene/SiC interface. Depending on the amount of intercalated bismuth, these atoms are arranged in a (1 × 1)- or (√3 × √3)-periodicity. The former produces an electron-doped graphene layer, while the latter produces hole-doped graphene. The results demonstrate the different influence of the intercalant on graphene. Furthermore, they pave the way to intercalate more than one element and create, e.g., transition metal dichalcogenides (such as MoS2, WSe2, ...) or materials such as Bi2Se3 at the graphene/SiC-interface.:1 Einleitung 1
2 Grundlagen 5
2.1 Siliziumkarbid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Graphen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Epitaktisches Wachstum von Graphen auf SiC . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Interkalation von Graphen auf SiC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3 Experimentelle Methoden 21
3.1 Photoelektronenspektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.1 Grundlegende Aspekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.2 Bestimmung der Schichtdicke mittel XPS . . . . . . . . . . . . . . 29
3.1.3 Instrumentelle Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2 Beugung niederenergetischer Elektronen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.1 Grundlegende Aspekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.2 Instrumentelle Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Probenpäparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4 Beschreibung einer Pufferschicht 41
4.1 XPS an Pufferschichtproben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2 LEED an Pufferschichtproben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5 Entkopplung einer Pufferschicht mit Schwefel 45
5.1 Schwefelinterkalation mit Pyrit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.2 Teilinterkalation von Pufferschichtproben mit Schwefel . . . . . . . . . . 52
5.3 Anlassen einer teilinterkalierten Probe im UHV . . . . . . . . . . . . . . 56
5.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6 Entkopplung einer Pufferschicht durch Seleninterkalation 61
6.1 Seleninterkalation mit Zinndiselenid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.2 Teilinterkalation einer Pufferschicht mit Selen . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.3 Anlassen einer teilinterkalierten Probe im UHV . . . . . . . . . . . . . . 71
6.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
7 Entkopplung einer Pufferschicht durch Bismutinterkalation 83
7.1 Zwei-Schritte-Verfahren in Argonatmosphäre . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7.2 Reduktion des Bismutoxids durch Anlassen im UHV . . . . . . . . . . . . 95
7.3 Interkalation mit Bismut durch Anlassen im UHV . . . . . . . . . . . . . 101
7.4 Strukturelle Transformation der interkalierten Bi-Lage . . . . . . . . . . 110
7.5 Übergang von der α- zur β-Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7.6 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
8 Zusammenfassung und Ausblick 129
A Anhang zur Schwefelinterkalation 133
B Anhang zur Seleninterkalation 137
C Anhang zur Bismutinterkalation 141
Literaturverzeichnis 151
Abkürzungsverzeichnis 163
Danksagung 165
Selbstständigkeitserklärung 167
Vollständige Publikationsliste 169
Konferenzbeiträge 17
