Resonance Forcing in Catalytic Surface Reactions

Die vorliegende Arbeit untersucht theoretisch und experimentell die raumzeitliche Musterbildung der CO-Reaktion auf Pt(110) mit den Methoden der nichtlinearen Dynamik. Die Reaktion selbst ist eine gut erforschte und verstandene chemische nichtlineare Reaktion auf einer Einkristalloberfläche. Es werden hier die statistischen und nichtlinearen Eigenschaften (wie Chaos, Turbulenz, Defekte, Cluster) der Musterbildung dieser chemischen Reaktion in Abhängigkeit von Druck und Druckmodulation betrachtet. Die Untersuchungen werden in einer UHV-Kammer von 10−10 mbar Basisdruck durchgeführt. Die Musterbildung der Reaktion auf der Pt(110)-Oberfläche wird mit einem Photoelektronenmikroskop (PEEM) beobachtet. Ein spezieller neu entwickelter Kompressor erlaubt CO-Druckmodulationen großer Amplitude in der UHV-Kammer. Die Reaktionen werden in subharmonischen 2:1, 3:1, und 4:1 Resonanzen des Verhältnisses Anregungsfrequenz (forcing frequency) zur mittleren natürlichen Fourier-Eigenfrequenz(natural frequency) der Katalysatorfläche betrieben. In der 2:1 Resonanz kann die chemische Turbulenz durch die erzwungenen Schwingungen unterdrückt werden. Mit steigender Amplitude dieser Modulation kann man dann über eine Periodenverdopplungskaskade die Musterbildung der chemischen Reaktion ins Chaos treiben. Bei der 3:1 Resonanz werden zwei-, drei und sechs-Phasencluster beobachtet, was mit einer entsprechenden subharmonischen Synchronisation (entrainment) des System einhergeht. Die 4:1 Resonanz wird im turbulenten und nicht-turbulenten Bereich untersucht. Im turbulenten Bereich werden 4-Phasencluster gefunden, im nicht-turbulenten Bereich 2-Phasencluster. Die Experimente werden mit Simulationen des gängigen realistischen Krischer, Eiswirth, und Ertl (KEE) Modells verglichen. Das Modell zeigt einen signifikanten Unterschied wischen der Eigenfrequenz eines einzelnen (Punkt-)Oszillators und der mittleren Eigenfrequenz des flächig verteilten Systems im turbulenten Bereich. Die natürliche Eigenfrequenz der Fläche ist größer als die des einzelnen-Punkt-Oszillators. Im nicht-turbulenten Bereich tritt dieser Unterschied nicht auf, weil hier die diffusive Kopplung über die Fläche geringer ist. In den meisten Fällen zeigen die Simulationen qualitativ dasselbe Verhalten wie die Experimente. In den Simulationen konnten jedoch keine 2:1 Amplituden-Cluster reproduziert werden Umgekehrt konnten im nicht turbulenten Bereich die theoretisch vorhergesagten 4-Phasen-Cluster nicht experimentell beobachtet werden. Weiterhin wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die statistischen Eigenschaften chemischer Turbulenz anhand der topologischen Defekte untersucht. Bei steigendem CO-Druck konnte eine Erhöhung der Defektanzahl nachgewiesen werden.

Author dc:creator

• Kaira, Prabha

Advisor dc:contributor.advisor

• Engel, Harald

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-22816
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2195

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/2492