In der vorliegenden Arbeit wird die Verwendung temperaturvariabler Rastertunnelmikroskopie (STM) zur Untersuchung heterogen katalysierter Reaktionen demonstriert. Durch die atomare Auflösung erhält man Einblicke in mikroskopische Abläufe der Reaktionen. Es werden neue Ergebnisse bezüglich der Oxidationsreaktionen von Kohlenmonoxid und Wasserstoff auf Pt(111) vorgestellt.
CO+O Die kinetischen Parameter wurden durch in-situ-Verfolgung der Reaktion zwischen adsorbierten Sauerstoff-Atomen und CO ermittelt (237-274 K). Dadurch konnte auf der Basis der Statistik atomarer Prozesse das makroskopische Verhalten der Reaktion abgeleitet werden. Während der Reaktion kommt es zu einer Separation in eine reine CO- und eine O-CO-Mischphase. Dabei findet die Reaktion bevorzugt an den Phasengrenzen statt. Mit Hilfe von Monte-Carlo- Simulationen konnten die experimentellen Befunde reproduziert werden.
H+O Es wird gezeigt, daß sich der Mechanismus der Reaktion bei der Desorptionstemperatur Tdes des Produktes Wasser (170 K) ändert. Unterhalb Tdes agiert Wasser als autokatalytische Spezies, indem es mit Sauerstoff zu einem Hydroxylintermediat (OH) reagiert. Der autokatalytische Mechanismus zeigt sich im Auftreten von Reaktionsfronten, deren Bewegung mit dem STM verfolgt wurde. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Verweilzeit von Wasser und damit der Einfluß auf die Reaktion ab, bis die Reaktion oberhalb Tdes über die schrittweise Addition von Wasserstoff an Sauerstoff verläuft.
Application of temperature-variable scanning tunneling microscopy (STM) for investigations of heterogeneous catalyzed reactions is demonstrated. By atomic resolution insight into the microscopic processes of the reactions was obtained. New results are presented on the oxidation reactions of carbon monoxide and hydrogen on Pt(111).
CO+O Kinetic parameters were determined by in situ following the reaction between preadsorbed oxygen atoms with CO (237-274 K). In this way it was able to verify the macroscopic kinetics on the basis of experimental information about the atomic scale. During the reaction a phase separation into a pure CO- and a mixed O-CO-phase was observed. The reaction preferentially takes place at the phase boundaries. Monte Carlo simulations reproduced the experimental observations.
H+O It was demonstrated that the mechanism of the water forming reaction changes qualitatively at the water desorption temperature Tdes (170 K). Below this temperature water acts as an autocatalytic species by reacting with oxygen to a hydroxyl intermediate (OH). The autocatalytic mechanism became manifest by observation of reaction fronts, the motion of which was followed with STM. With increasing temperature the residence time of water on the surface and the influence on the reaction decreases until above Tdes consecutive addition of hydrogen to oxygen applies.
