Strukturbildung und Selbstorganisation auf bimetallischen katalytischen Oberflächen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Als Modellsystem für das dynamische Verhalten von bimetallischen Katalysatoren unter Reaktionsbedingungen wurde die O2 + H2 – Reaktion an mit ultradünnen Ni-Schichten (< 5 Monolagen) bedeckten Rh(111) und Rh(110)Oberflächen im 10^-6 – 10^-4 mbar-Bereich untersucht. Als in situ-Methoden fanden neben der Photoelektronen-Emissionsmikroskopie (PEEM) auch scanning photoelectron microscopy (SPEM) und x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) Anwendung. Das Rh(111)/Ni-System zeigt chemische Wellen für die ein Bifurkationsdiagramm erstellt wurde. Für anregbares Verhalten existiert ein kritischer Ni-Bedeckungsgrad von 0.13 ML. Neben 3D-Ni-Oxid findet man unter Reaktionsbedingungen auch 2D-Ni-Oxid, das in Form makroskopisch (µm) großer Inseln ausgeschieden wird. Die Legierung von Rh mit Ni führt dazu, dass der Sauerstoff der Oberfläche gegenüber H2 viel reaktionsträger wird. Der Anregungsmechanismus beruht auf der Bildung und Reduktion von Ni-Oxid, die an die reversible Segregation von Ni im Rh-Volumen geknüpft sind. Die lineare Zunahme der lokalen Oszillationsfrequenz mit steigender Ni-Bedeckung konnte auf die schnellere Bildungskinetik von NiO mit steigendem Ni-Gehalt zurückgeführt werden. Auf Rh(110)/Ni beobachtet man, dass die Adsorption von O2 eine fast vollständigen Verdrängung von Oberflächen-Ni auf „subsurface“- Plätze im Rh zur Folge hat, was auf die Existenz einer Nukleationsbarriere von NiO auf der atomar rauhen Rh(110)Oberfläche zurückgeführt wurde. In der Musterbildung findet man in der O2 + H2 – Reaktion auf Rh(110)/Ni neben chemischen Wellen auch stationäre Konzentrationsmuster; die Musterbildung auf Rh(110)/Ni wurde in einem Bifurkationsdiagramm zusammengefaßt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Tuning excitability by alloying: the Rh(111)/Ni/H2 + O2 system. Physical Chemistry Chemical Physics 18 (2016) 970 – 973
Tim Smolinsky, Mathias Homann, Ronald Imbihl
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Chemical Waves in the O2 + H2 Reaction on a Rh(111) Surface Alloyed with Nickel, Part I: Photoelectron Emission Microscopy; Journal of Chemical Physics 148 (2018) 154704
Tim Smolinsky, Bernhard von Boehn and Ronald Imbihl
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Chemical Waves in the O2 + H2 Reaction on a Rh(111) Surface Alloyed with Nickel, Part II: Photoelectron Spectroscopy & Microscopy, Journal of Chemical Physics 148 (2018) 154705
Tim Smolinsky, Mathias Homann, Bernhard von Boehn, Luca Gregoratti, Matteo Amati, Mohamed Al-Hada, Hikmet Sezen, and Ronald Imbihl
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Mechanismus der chemischen Wellenmuster in der katalytischen Wasserbildung auf einer bimetallischen Rh(111)/Ni-Oberfläche. Dissertation, Leibniz-Universität Hannover (2018)
Tim Smolinsky
