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

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.

Инструкция по просмотру видеоролика