表面催化反应中的非线性动力学行为研究.pdfVIP

原 子 与 分 子 物 理 学 报 Suppl-,川 19翼FI1771月 CHINESEJOURNALOFATOMICANDMOLECULARPHYSICS Jul..1998 目匕TrrtALY-.fL 9-rr,: 4,}*h-t-Gv,, -.t._t_..zt.l- 、， AX,田」rEE 找ULx-I),/-门叫 口,Iq厂出出11 I，十 八11 厂 r:11-rA- I 杨灵法 侯中怀 辛厚文 中国科学技术大学，化学物理系 合肥 230026 摘 要 表面催化反应是典型的非均相化学反应，由于这些反应都是在远离平衡态下进行的， 体系可以表现出各种复杂的非线性动力学行为，如化学振荡、化学波、化学泥沌等时空自 组织行为。与均相反应不同的是:动力学行为的复杂性不是来自复杂的基元反应过程，而 是吸附诱导的表层原子的重排。当非线性系统受到外界的扰动，如周期驱动或/和随机扰 动(外噪声)，体系表现出各种不同的穗定性，产生迥然不同的动力学响应规律或协同作 用。这些自治的时空有序结构，以及噪声诱导的相变和噪声参与的协同作用，近年来得到 广泛关注，成为非线性科学的新的生长点。我们以R/CO+q为例，研究表面催化反应 体系的化学振荡、化学混沌、非平衡相变以及随机共振等规律。 关健词:表面化学 随机共振 混沌 分形 1表面催化反应Pt(110)r-0十O:的化学振荡和化学混沌 co十q的基元过程包括吸附、脱附、反应、扩散等。据此，我们建立了描述该体系的 催化氧化的非线性动力学行为的数学模型u1，通过数值求解再现了化学振荡的实验现 象;另外，通过开一关驱动(on-offcontrol)，发现了该化学振子存在经倍周期分又过渡到 混沌的转化历程121，这一特征外观上与实验发现的混沌(31极为相象(图1)0 2 分形结构对CO催化氧化非线性动力学行为的影响1[a1 表面结构和表面性质对许多物理、化学以及生物过程都是十分重要的。简化的模型 往往把表面或界面视为二维规则平面，而实际上对许多反应过程，比如表面催化，表面的 孔洞、褶皱、台阶等缺陷对反应速率及选择性以及反应的动力学行为可能产生十分显著的 影响。那么，借助于 “分形’，来描述结构的复杂性，并进而研究结构对反应特征的影响，不 失为一种有效的方法。这里将研究分形结构对c(〕的催化氧化动力学行为的影响。 我们发现:(1)随分形维数价的降低，振荡区向co的低分压方向偏移，并且减小，甚 杨ZfA,93,33V,N1,讲师,E一。ail;Ify+dchp.c6p-i- du.rn 235 0000...60I1--J一巨 一: O.u 0.36 0.3色 咕4q 县蟋夔二 一二 一匡 Y. II7. 图1分叉图和Lyapnuov指数谱 至消失;同时，在相同的反应条件下，对二维规则平面不存在振荡行为的区域，有可能因分 形上的受限扩散而诱导振荡。(2)在较高温度下，分形结构除了控制体系的非线性动力学 行为，还能够改变CO从低覆盖度到高覆盖度不同状态之间的非平衡相交的类型:分维数 降低，相交可由一级变为二级;而在低温下，分形结构对相变的作用并不十分显著:只可能 改变相变发生的位置，不足以改变相变类型 见〔图2、图3)0 0 7 T 卜 42.2 T=5今4K 山 0 6 42.0 ︵