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Strukturbildung und Selbstorganisation auf bimetallischen katalytischen Oberflächen

Subject Area Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation
Term from 2012 to 2017
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 223674297
 
Final Report Year 2018

Final Report Abstract

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.

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