Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-292
Main Title: Untersuchung der Musterbildung bei der katalytischen CO-Oxidation auf Pt{110} mittels Niederenergie-Elektronenmikroskopie
Translated Title: In-situ observation of pattern formation during the catalytic CO-oxidation on Pt{110} using Low Energy Electron Microscopy
Author(s): Meißen, Frank
Advisor(s): Bradshaw, Alexander
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In dieser Arbeit wird die Musterbildung während der katalytischen CO-Oxidation auf Pt{110} mittels der Niederenergie-Elektronenmikroskopie (LEEM) und der Spiegel-Elektronenmikroskopie (MEM) untersucht. Die LEEM zeichnet sich gegenüber der Photoemissions-Elektronenmikroskopie (PEEM) durch eine erhöhte räumliche Auflösung und insbesondere durch einen Kontrastmechanismus aus, der auf dem Phänomen der Elektronenbeugung beruht, und damit Substrateigenschaften wie Rekonstruktionen, Stufen und Aufrauhungen sichtbar werden läßt. Der experimentelle Aufbau wurde im Rahmen der Arbeit durch den Einbau einer neuen Elektronenkanone, einem Gaseinlaßsystem sowie einer stromgeregelten Probenheizung hinsichtlich der Bedienbarkeit, der Auflösung, der Elektronenintensität und der Parametereinstellung (p(CO), p(O2), T) erheblich verbessert. Damit war es möglich, bei Drücken im 10-5mbar-Bereich die dynamischen Prozesse auf der Oberfläche mit einer lateralen Auflösung von 50um und einer zeitlichen Auflösung von 1/25s in-situ zu untersuchen. Im System CO+O2/Pt{110} kann es bei starker Kopplung über die CO-Gasphase zu räumlich homogenen Oszillationen der gesamten Oberfläche kommen. Es wird gezeigt, daß die bei verschiedenen LEEM-Elektronenenergien aufgenommenen Intensitätsänderungen der zurückgebeugten langsamen Elektronen über die Adsorbatbedeckung und den Anteil rekonstruierter 1x2-Phase interpretiert werden können. Damit kann der gesamte Oszillationszyklus vollständig im Experiment nachvollzogen werden. Die Gasphasenkopplung beeinflusst die Musterbildung, da durch die Massenbilanz des Reaktors das Verhältnis der Partialdrücke p(O2) und p(CO) im oberen und unteren Ratenzweig unterschiedlich groß ist. Durch die Oszillationen in der CO2-Reaktionsrate variiert daher die Musterbildung ebenfalls oszillatorisch. Durch den besonderen Kontrastmechanismus in Verbindung mit einer hohen örtlichen Auflösung der LEEM kann die Feinstruktur von Reaktions-Diffusions-Fronten während der Propagation untersucht werden. Dabei zeigt sich, daß die Dynamik der Adsorbatbedeckung (CO und O2) schneller als die der Substratbedeckung (1x1 und 1x2) abläuft. Die Dunkelfeldabbildung eines CO-Pulses über den (0,1/2)-Reflex zeigt, daß die Propagation von Pulsen mit einer 1x1 <-> 1x2-Phasenumwandlung einhergeht. Auf einer facettierten Pt{110}-Oberfläche treten neuartige Muster auf, wie z.B. irreguläre Spiralen, wechselwirkende Sauerstofffronten, CO-Fragmente, die einen Schweif hinter sich herziehen, sowie rotierende Sauerstofffragmente. Diese werden qualitativ auf der Grundlage der reaktions-induzierten Facettierung, welche die Anisotropie der Oberfläche ändert und eine weitere Zeitskala in das System einführt, erklärt.
This study describes the spatio-temporal pattern formation in the catalytic oxidation of carbon monoxide on Pt{110} observed by Low Energy Electron Microscopy (LEEM) and Mirror Electron Microscopy (MEM). Compared to Photo Emission Electron Microscopy (PEEM), LEEM has a superior resolution and a contrast mechanism based on diffraction. This enables us to observe the properties and dynamics of the substrate like reconstruction, steps and roughening of the surface. The experimental setup has been enhanced by mounting a new electron gun, a feedback controlled gas inlet and a current controlled radiative heating device. This improved considerably the operability, the resolution, the electron intensity and the precision of the parameter settings (p(CO), p(O2), T). Thus it was possible to study the dynamic processes on the surface with a lateral resolution of 50um and a time resolution of 1/25s having a pressure of 10-5mbar. As a result of strong CO-gasphase coupling in the CO+O2/Pt{110} system the surface can undergo spatially uniform oscillations. Changes in the surface reflectivity for low energy electrons have been observed at numerous incident electron energies. These measurements have been interpreted in terms of adsorbate coverage and the degree of 1x2 reconstruction. It is then possible to arrive at a complete description of such an oscillatory cycle. Due to the mass balance in the reactor the ratio of the partialpressures p(O2) and p(CO) is changed differently in the high rate and low rate branch. Therfore gas phase coupling has a strong influence on the pattern formation, and oscillations in the CO2-rate change the pattern formation oscillatory. Taking advantage of the diffraction contrast mechanism and the superior resolution of the LEEM it is possible to investigate the fine structure of reaction diffusion fronts during propagation. The dynamics of changes in the adsorbate coverage (CO und O2) is significantly faster than that of the changes in substrate coverage (1x1 and 1x2). Dark-field-images of the (0,1/2)-spot show that the propagation of pulses is related to the 1x1 <-> 1x2-phase reconstruction. On a facetted Pt{110}-surface novel types of spatio-temporal patterns occur, e.g. irregularly shaped spiral waves, interacting oxygen fronts, travelling CO islands with slowly decaying trails, and travelling wave fragments which exhibit a superimposed slow rotation. These patterns can be explained in terms of reversible facetting changing the anisotropy of the surface and adding a slow time scale to the dynamics of the reaction.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-1942
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/589
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-292
Exam Date: 26-Apr-2001
Issue Date: 28-Jun-2001
Date Available: 28-Jun-2001
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): LEEM
MEM
katalytische CO-Oxidation
Pt(110)
Musterbildung
LEEM
MEM
catalytic CO-Oxidation
Pt(110)
pattern formation
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 2 Mathematik und Naturwissenschaften » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dokument_49.pdf4.88 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.