dc.contributor.author
Pollmann, Michael
dc.date.accessioned
2018-06-07T21:04:20Z
dc.date.available
2002-05-07T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/7344
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-11543
dc.description
* * *
## Titelblatt und Inhaltsverzeichnis
* * *
1 Einleitung 5
2 Grundlagen des untersuchten Systems 11
2.1 Die Pt(110)-Oberfläche 11
2.2 Sauerstoff auf Pt(110) 14
2.3 CO auf Pt(110) 17
2.4 CO-Oxidation auf Pt(110) 21
2.4.1 Mikroskopische Grundlagen 21
2.4.2 Mathematische Beschreibung 24
2.4.3 Grundlagen nichtlinearer Dynamik 28
2.4.3.1 Monostabile Systeme 28
2.4.3.2 Bistabile Systeme 28
2.4.3.3 Anregbare Systeme 28
2.4.3.4 Oszillatorische Systeme 30
2.4.4 Nullklinendiagramme 31
3 Experimentelle Voraussetzungen 35
3.1 Photoemissions-Elektronenmikroskopie 37
4 Musterbildung auf mikrostrukturierten Pt(110)-Oberflächen 41
4.1 PEEM-Helligkeiten für verschiedene Adsorbatbedeckungen 44
4.1.1 Helligkeiten bei konstanter Gaszufuhr 44
4.1.2 Helligkeiten während transienter Änderungen in den
Adsorptionszuständen 46
4.1.2.1 TiO2/Pt-Flächen 46
4.1.2.2 Rh/Pt(110)-Flächen 48
4.1.2.3 Temperaturabhängiges Verhalten beim CO \--> O Adsorptionsübergang
51
4.2 Einfluß des Rhodiums auf die Musterbildung 52
4.2.1 Nukleation von O- und CO-Fronten 52
4.2.1.1 O-Nukleation 53
4.2.1.2 CO-Nukleation 53
4.2.1.3 Nukleationsverhalten bei plötzlicher Absenkung des pCO/pO-
Verhältnisses 56
4.2.2 Existenzbereiche der Musterbildung unter Rh-Einfluß 59
4.2.2.1 Rh-induzierte CO-Verschiebung der Grenzwerte für die Musterbildung
59
4.2.2.2 Einfluß der speziellen geometrischen Struktur 63
4.2.3 Einfluß des Rhodiums auf die O-Pulsform 67
4.2.3.1 Pulsformen 67
4.2.3.2 Pulswechselwirkungen 73
4.2.3.3 Pulsgeschwindigkeiten 78
4.3 Einfluß der Substratanisotropie 84
4.3.1 Anisotrope O-Nukleation 85
4.3.2 Anisotrope Verteilungen der Reaktionsmuster in stabilen,
musterbildenden Endzuständen 85
4.3.3 Transientes Verhalten nach Zuschalten des CO-Gases 89
4.3.4 Transientes Verhalten nach Zuschalten des O2-Gases 90
4.4 Kombinierter Einfluß von Rh-Geometrie und Substratanisotropie 96
4.4.1 Nukleation in Quadratstrukturen 96
4.4.2 Eindimensionale Fortpflanzung von Reaktionsfronten in Rh/Pt-
Schachbrettstrukturen 99
4.4.3 Einfluß der Größe von Strukturwinkeln auf die CO-Nukleation 103
4.5 Einfluß von TiO2 und Rh auf homogene Oszillationen 109
4.6 Räumlich oszillierender O-Zustand 116
5 Einfluß globaler Rückkopplung auf die Musterbildung 123
5.1 Turbulenter Ausgangszustand 127
5.2 Regulärer Ausgangszustand 136
5.2.1 Einfluß der Zeitverzögerung 137
5.2.2 Kopplungsstärke und Clustermuster 142
5.2.3 Koexistenzzustände 148
6 Zusammenfassung 157
Literaturverzeichnis 163
dc.description.abstract
In dieser Arbeit geht es um die Bildung von Konzentrationsmustern auf
Pt(110)-Oberflächen bei der CO-Oxidation unter äußerer Beeinflussung. Die mit
dem Photoemissions-Elektronenmikroskop (PEEM) durchgeführten Messungen lassen
sich in Bezug auf die Art der Beeinflussung in zwei Kategorien einteilen:
1) Musterbildung unter lokaler, zeitlich konstanter Beeinflussung;
2) Musterbildung unter globaler, zeitlich veränderlicher Beeinflussung.
Der erste Fall wurde durch eine Mikrostrukturierung der
Pt(110)-Kristalle erreicht, bei der entweder Ti oder Rh durch
Mikrolithographie aufgedampft wurden. Das Hauptaugenmerk lag vor allem auf dem
Einfluß des katalytisch aktiven Rhodiums. Um den Einfluß des Rhodiums und der
speziellen Geometrie der Strukturen trennen zu können, wurden im Bedarfsfall
die gleichen Messungen an Ti/Pt-Strukturen vorgenommen. Durch die Inaktivität
der Ti-Bereiche wurde die Musterbildung in diesen Gebieten nur durch die
Strukturgeometrie beeinflußt. Die Untersuchungen zeigten, daß Rh-Gebiete als
Quelle für adsorbierte CO-Moleküle (CORh) dienen, die im Verlaufe der
Reaktion vom Rh auf das Pt diffundieren. Durch diese zusätzliche Quelle kommt
es zu einer bevorzugten Nukleation von CO-Bereichen an den Rändern der Rh/Pt-
Strukturen, und die Existenzbereiche der Musterbildung auf den Pt-Flächen
werden zu Werten niedrigerer CO-Partialdrücke verschoben. Diese Verschiebung
der Existenzbereiche tritt nicht nur bei der Nukleation und Ausbreitung von
Reaktionsfronten, sondern auch bei der Ausbildung von homogenen Oszillationen
auf. Es kommt in Rh/Pt-Strukturen zu einer Veränderung der
Oszillationsamplitude (bis hin zu einer vollständigen Unterdrückung) und der
Schwingungsform. Auch bei O-Pulsen wird die Form durch CORh beeinflußt. In
schmalen Pt-Kanälen bilden sich statt rechteckiger Pulse dreieckige aus; sind
die Kanäle von Pd umgeben, nehmen die Pulse ovale Formen an. Dieses Verhalten
\- zurückzuführen auf CO von den aufgedampften Metallen - konnte durch
Simulationen reproduziert werden. Neben dem Einfluß des Rhodiums wird das
Musterbildungsverhalten auch maßgeblich von der Anisotropie des Pt-Substrates
bestimmt. In Rh/Pt-Rhomben kommt es beispielsweise bei der CO-Nukleation zu
zwei Einflüssen: Rh begünstigt die Nukleation in kleinen Winkeln, die
Anisotropie bewirkt eine frühe Nukleation in [1-10]-Richtung (der Richtung
schneller CO-Diffusion).
Bei der globalen, aber zeitlich variablen Form der Beeinflussung handelt
es sich um eine Rückkopplung, bei der die integrierte PEEM-Helligkeit dazu
verwendet wurde, den CO-Gaseinlaß zu steuern. Als Rückkopplungsparameter
standen zum einen die Rückkopplungsstärke und zum anderen die Verzögerungszeit
bis zur Steuerung des CO-Einlasses zur Verfügung. Deren Einfluß wurde
systematisch aus einem turbulenten und einem regulär oszillatorischen
Ausgangszustand des Systems untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß durch
solch eine Rückkopplung der Endzustand des Systems in Abhängigkeit der
Rückkopplungsparameter kontrolliert werden kann. Darüberhinaus kam es unter
Rückkopplungseinfluß zu einer Vielzahl neuer Reaktionsmuster, die ohne Einfluß
der Rückkopplung nicht beobachtet werden können.
de
dc.description.abstract
This thesis discusses the pattern formation on a Pt(110) surface during CO
oxidation under external influence. The experiments performed by photoemission
electron microscopy (PEEM) can be divided into two parts with respect to the
nature of influence: 1) pattern formation under local but constant
influence;
2) pattern formation under global and variable influence.
The local influence was achieved by using microlithography to built
small structures by evaporating Ti or Rh. The main focus was aimed at the
influence of the catalytically active Rh. To separate the influence of the Rh-
metal and the specific geometry of the structures most of the experiments were
repeated with Ti/Pt-structures. Because of the inactivity of the Ti-structures
these experiments showed only the influence of the geometry. The experiments
in microstructured samples showed that Rh acts as a source for CO, diffusing
from the Rh to the Pt. This extra CO shifts both the existence range for
pattern formation and their bifurcation values to lower values of pCO,
changes the amplitude and shape of homogeneous oscillations and influences
also the shape of O pulses in narrow channels of Pt surrounded by Rh from
rectangular to triangular. Additionally to the Rh the anisotropy of the Pt
substrate affects the pattern formation significantly. For example, the CO
nucleation in Pt/Rh rhombs is determined by two influences: Rh favors the
nucleation in small angles, anisotropy, on the other hand, favors nucleation
along the [1-10]-direction (direction of fast CO diffusion).
The global time variable influence was implemented via a feedback loop
by controlling the CO gas inlet by the integrated PEEM brightness. The
influence of the feedback depending on the parameters, feedback intensity and
time delay, was investigated systematically starting from a turbulent and a
regular oscillating initial state. Starting from both initial states it had
been possible to control the system end state by the feedback parameters. This
was, in particular, the first time that it could be achieved for a turbulent
initial state. In addition numerous new patterns were investigated which can
not be found without the feedback loop.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
pattern formation
dc.subject
nonlinear dynamics
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
dc.title
Musterbildung bei der CO-Oxidation auf Pt(110) unter gezielter Beeinflussung
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Gerhard Ertl
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Klaus Christmann
dc.date.accepted
2002-04-25
dc.date.embargoEnd
2002-05-10
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-2002000712
dc.title.translated
Controlled manipulation of pattern formation during the CO oxidation on
Pt(110)
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000000638
refubium.mycore.transfer
http://www.diss.fu-berlin.de/2002/71/
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000000638
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open access