ChemNet
 

Полевая микроскопия.
Экспериментальное наблюдение колебаний и волн в процессах окисления на платиновом катализаторе

Предлагаемый фильм является иллюстративным материалом к курсу лекций "Макрокинетика", который в течении ряда лет читается на кафедре химической кинетики Химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. Фильм демонстрирует колебательные и волновые процессы в ходе каталитического окисления оксида углерода и водорода на платиновом катализаторе. Видеоматериалы, представленные в фильме, являются результатами эксперимента, полученными с использованием полевой электронной и полевой ионной микроскопии. Эти материалы любезно предоставлены в наше распоряжение В.Городецким (Институт Катализа СО РАН, Новосибирск).

Принцип полевой микроскопии заключается в том, что на платиновую иглу, находящуюся в вакууме или в разреженном газе, подается высокое напряжение. Если на иглу подан высокий отрицательный потенциал, электроны из острия иглы (в области максимального градиента поля) туннелирует и разгоняются полем. Электронный пучок в вакууме имеет различную интенсивность в различных направлениях, поскольку туннелирование электронов через междоузлия в решетке платины и через поверхностные атомы происходит с различной вероятностью. Таким образом, распределение электронного тока по направлению отражает распределение атомов на поверхности платиновой иглы. Для регистрации этого распределения электронный ток усиливается микроканальной пластиной и направляется на флуоресцентный экран. Изображение на экране фиксируется видеокамерой. Разрешение полевой электронной микроскопии составляет порядка 20 ангстрем. Полевая ионная микроскопия отличается от полевой электронной микроскопией тем, что на платиновую иглу подается высокий положительный потенциал. Молекулы разреженного газа, который находятся вблизи поверхности острия теряют электроны, превращаются в положительно заряженный ионы, которые также ускоряются полем. В этом случае изображение поверхности формируется током положительно заряженных ионов. В этом варианте полевой микроскопии разрешение может достигать 2-3 ангстрем. Процессы адсорбции молекул на поверхности платины, их перемещения по поверхности и реакции регистрируются как изменение изображения, регистрируемого микроскопом.

Таким образом, демонстрируемые в фильме материалы представляют собой зарегистрированную в режиме реального времени картинку поверхности платины с увеличением ~ 105-106 раз.

Фильм состоит из следующих фрагментов:

  1. Изображение платиновой иглы ( диаметр ~ 700 ангстрем) в вакууме, полученное с помощью полевой ионной микроскопии в ионах неона и полевой электронной микроскопии. Фрагмент иллюстрирует разрешающую способность метода.
  2. Изображение, зарегистрированное с помощью полевой электронной микроскопии в ходе каталитического окисления оксида углерода. Светлые участки поверхности покрыты CO, темные - адсорбированный кислород. Темный крест в центре изображения - грани 100, 110, 210 платины, покрытые кислородом. На изображении виден колебательный характер кинетики окисления CO на этих гранях.
  3. Изображение, демонстрирующее стоячую волну, т.е. устойчивую зону реакции. Граница между темной (покрытой CO) и светлой (O2) частями поверхности является зоной реакции.
  4. Изображение, полученное в ходе той же реакции с помощью полевой ионной микроскопии. В этом случае участки поверхности, покрытые CO, являются темными, а покрытые O2 - светлыми.
  5. Кинетика реакции окисления CO.
  6. Изображение, иллюстрирующее волны реакции окисления CO, которые наблюдаются, если изучается поверхность платины больших размеров.
  7. Изображение, иллюстрирующее колебательный характер окисления водорода на платине. Изображение зарегистрировано в варианте полевой ионной микроскопии в ионах H2O+.
  8. Изображении грани 100 платины в ходе реакции окисления водорода при большем давлении. Колебательный характер реакции проявляется в "мигании" окраски этой грани.
  9. Каталитическая активность ступенчатых граней платины. Светлые кольца - изображения ступеней атомарных размеров.
  10. Колебательный режим окисления водорода, зафиксированный с помощью полевой электронной микроскопии.
Профессор кафедры химической кинетики
А.Х. Воробьев


Инструкция по просмотру видеоролика

Видеоролик предсавлен в формате РеалВидео и для его просмотра необходимо иметь программу "RealPlayer". Скачать ее можно отсюда. Видеоролик достаточно велик - ~3Мb, и это может вызвать проблемы для его онлайнового просмотра. Поэтому мы рекомендуем сначала скачать его на локальный диск, а затем загрузить в "RealPlayer". Для загрузки видеоролика на локальный диск нужно нажать сюда правой клавишей мышки и выбрать из выпавшего меню строку "Сохранить объект как ..." ("Save object as ...") для Internet Explorer или "Save link as ..." для Netscape Navigator.

Загрузить видеоролик (2 975 Kb).





Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору