Effects of restructuring in adsorption and reaction dynamics at metal surfaces

Abstract

After more than 30 years of research in surface science, the atomic details of the structural diversity of clean and adsorbate covered metal surfaces are now revealed by diffraction and by microscopic techniques. The phenomenon of adsorbate-induced restructuring is found to be pervasive, and proves to lie behind many characteristic processes in the field of heterogeneous catalysis, such as bistability and kinetic oscillations.

References

1. S. Titmuss, A. Wander and D. A. King, Chem. Rev., 1996, 96, 1291.
2. Y. Y. Yeo, C. E. Wartnaby and D. A. King, Science, 1995, 268, 1731.
3. R. J. Needs, M. J. Godfrey and M. Mansfield, Surf. Sci., 1991, 242, 215.
4. S. B. Hagström, H. B. Lyon and G. A. Somorjai, Phys. Rev. Lett., 1965, 15, 491.
5. H. B. Lyon and G. A. Somorjai, J. Chem. Phys., 1967, 46, 2539.
6. D. G. Fedak and N. A. Gjostein, Acta Metall., 1967, 15, 827.
7. D. A. King, Phys. Scr., 1983, T4, 34.
8. J. Jupille and D. A. King, in The Chemical Physics of Solid Surfaces and Heterogeneous Catalysis, ed. D. A. King and D. P. Woodruff, Elsevier, Amsterdam, 1994, vol. VII, pp. 35–69.
9. M. K. Debe and D. A. King, Phys. Rev. Lett., 1977, 39, 708.
10. D. A. King and G. Thomas, Surf. Sci., 1980, 92, 201.
11. R. A. Barker, P. J. Estrup, F. Jona and P. M. Marcus, Solid State Commun., 1978, 25, 375.
12. J. A. Walker, M. K. Debe and D. A. King, Surf. Sci., 1981, 104, 405.
13. H. Landskron, N. Bickel, K. Heinz, G. Schmidtlein and K. Müller, J. Phys.: Condens. Matter, 1989, 1, 1.
14. M. S. Altman, P. J. Estrup and I. K. Robinson, J. Vac. Sci. Technol. A, 1988, 6, 630.
15. M. S. Altman, P. J. Estrup and I. K. Robinson, Phys. Rev. B, 1988, 38, 5211.
16. G. Schmidt, H. Zagel, H. Landskron, K. Heinz, K. Müller and J. B. Pendry, Surf. Sci., 1992, 271, 416.
17. D. Singh, S. H. Wei and H. Krakauer, Phys. Rev. Lett., 1986, 57, 3292.
18. B. Legrand, G. Tréglia, M. C. Desjonquéres and D. Spanjaard, J. Phys. C, 1986, 19, 4463.
19. C. Z. Wang, A. Fasolino and E. Tosatti, Phys. Rev. Lett., 1987, 59, 1845.
20. C. L. Fu and A. J. Freeman, Phys. Rev. B, 1988, 37, 2685.
21. D. Singh and H. Krakauer, Phys. Rev. B, 1988, 37, 3999.
22. G. Gewinner, J. C. Peruchetti, A. Jaegle and R. Riedinger, Phys. Rev. Lett., 1979, 43, 935.
23. R. S. Daley, T. E. Felter, M. L. Hildner and P. J. Estrup, Phys. Rev. Lett., 1993, 70, 1295.
24. R. A. Barker and P. J. Estrup, J. Chem. Phys., 1981, 74, 1442.
25. K. H. Lau and S. C. Ying, Phys. Rev. Lett., 1980, 44, 1222.
26. L. D. Roelofs, J. W. Chung, S. C. Ying and P. J. Estrup, Phys. Rev. B, 1986, 33, 6537.
27. A. Zangwill, in Physics at Surfaces, Cambridge University Press, 1988.
28. M. R. Barnes and R. F. Willis, Phys. Rev. Lett., 1978, 41, 1729.
29. R. F. Willis, Surf. Sci., 1979, 89, 457.
30. H. Froitzheim, H. Ibach and S. Lehwald, Phys. Rev. Lett., 1976, 36, 1549.
31. J. J. Arrecis, Y. J. Chabal and S. B. Christmann, Phys. Rev. B, 1986, 33, 7906.
32. D. Wolf, H. Jagodzinski and W. Moritz, Surf. Sci., 1978, 77, 265.
33. W. Moritz and D. Wolf, Surf. Sci., 1979, 88, L29.
34. W. Moritz and D. Wolf, Surf. Sci., 1985, 163, L655.
35. C. M. Chan, M. A. van Hove, W. H. Weinberg and E. D. Williams, Solid State Commun., 1979, 30, 47.
36. C. M. Chan, M. A. van Hove, W. H. Weinberg and E. D. Williams, Surf. Sci., 1980, 91, 440.
37. D. L. Adams, H. B. Nielson, M. A. van Hove and A. Ignatiev, Surf. Sci., 1981, 104, 47.
38. P. Bak, Solid State Commun., 1979, 32, 581.
39. D. T. Keane, P. A. Bancel, J. L. Jordan-Sweet, G. A. Held, A. Mak and R. J. Birgenan, Surf. Sci., 1991, 250, 8.
40. J. C. Campuzano, G. Jennings and R. F. Willis, Surf. Sci., 1985, 162, 484.
41. J. Sprösser, B. Salanon and J. Lapujoulade, Europhys. Lett., 1991, 16, 283.
42. H. P. Bonzel and R. Ku, Surf. Sci., 1972, 33, 91.
43. T. E. Jackman, J. A. Davies, D. P. Jackson, W. N. Unertl and P. R. Norton, Surf. Sci., 1982, 120, 389.
44. G. L. Kellog, Phys. Rev. Lett., 1985, 55, 2168.
45. P. Fery, W. Moritz and D. Wolf, Phys. Rev. B, 1988, 38, 7275.
46. C. M. Chan, M. A. van Hove, W. H. Weinberg and E. D. Williarns, Surf. Sci., 1980, 91, 440.
47. C. M. Chan and M. A. van Hove, Surf. Sci., 1986, 171, 226.
48. I. K. Robinson, E. Vlieg and K. Kern, Phys. Rev. Lett., 1989, 63, 2578.
49. J. C. Campuzano, A. M. Lahee and G. Jennings, Surf. Sci., 1985, 152/153, 68.
50. P. Bak and M. Paczuski, in The Chemical Physics of Solid Surfaces, ed. D. A. King and D. P. Woodruff, Elsevier, Amsterdam, 1994, vol. VII, pp. 1–32.
51. D. G. Fedak and N. A. Gjostein, Phys. Rev. Lett., 1966, 16, 171.
52. D. G. Fedak and N. A. Gjostein, Surf. Sci., 1967, 8, 77.
53. P. W. Palmberg, in The Structure and Chemistry of Surfaces, ed. G. A. Somorjai, Wiley, New York, 1969, 29, pp. 1–18.
54. P. Heilmann, K. Heinz and K. Müller, Surf. Sci., 1979, 83, 487.
55. M. A. van Hove, R. J. Koestner, P. C. Stair, L. L. Bibérian, L. L. Kesmodel, I. Bartos and G. A. Somorjai, Surf. Sci., 1981, 103, 189.
56. R. J. Koestner, K. Müller, K. Heinz, M. A. van Hove and O. A. Somorjai, Surf. Sci., 1983, 127, 347.
57. M. A. van Hove, R. J. Koestner, P. C. Stair, L. L. Bibeflan, L. L. Kesmodel, I. Bartos and O. A. Somorjai, Surf. Sci., 1981, 103, 189.
58. W. Moritz, Habilitationsschrift, Ludwig-Maximiliams-Universität, München, 1983.
59. N. Bickel and K. Heinz, Surf. Sci., 1985, 163, 435.
60. D. L. Abernathy, S. G. J. Mochrie, D. M. Zehner, G. Grubel and D. Gibbs, Phys. Rev. B, 1992, 45, 9272.
61. P. R. North, J. A. Davies, D. K. Creber, C. W. Sitter and T. E. Jackman, Surf. Sci., 1981, 108, 205.
62. K. Heinz, E. Lang, K. Strauss and K. Müller, Appl. Surf. Sci., 1982, 11/12, 611.
63. C. E. Borroni-Bird and D. A. King, Rev. Sci. Instrum., 1991, 62, 2177.
64. A. Borg, A. M. Hilmen and E. Bergene, Surf. Sci., 1994, 72, 10.
65. G. Brodén, G. Pirug and H. P. Bonzel, Surf. Sci., 1978, 72, 45.
66. M. A. Barteau, E. I. Ko and R. J. Madix, Surf. Sci., 1981, 102, 99.
67. P. A. Thiel, R. J. Behm, P. R. Norton and G. Ertl, Surf. Sci., 1982, 121, L553.
68. R. J. Behm, P. A. Thiel, P. R. Norton and G. Ertl, J. Chem. Phys., 1983, 78, 7437.
69. T. E. Jackman, K. Griffiths, J. A. Davies and P. R. Norton, J. Chem. Phys., 1983, 79, 3529.
70. A. T. Pasteur, X.-C. Guo, T. Ali, M. Gruyters and D. A. King, Surf. Sci., 1996, 366, 564.
71. F. Besenbacher and I. Stensgaard, in The Chemical Physics of Solid Surfaces, ed. D. A. King and D. P. Woodruff, Elsevier, Amsterdam, 1994, vol. VII, pp. 573–629.
72. A. Hopkinson, J. M. Bradley, X. C. Guo and D. A. King, Phys. Rev. Lett., 1993, 71, 1597.
73. A. Hopkinson, X. C. Guo, J. M. Bradley and D. A. King, J. Chem. Phys., 1993, 99, 8862.
74. A. T. Pasteur, St. J. Dixon-Warren and D. A. King, J. Chem. Phys., 1995, 103, 2251.
75. A. Hopkinson and D. A. King, Chem. Phys., 1993, 177, 433.
76. M. Gruyters, A. T. Pasteur and D. A. King, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1996, 92, 2941.
77. X. C. Guo, J. M. Bradley, A. Hopkinson and D. A. King, Surf. Sci., 1994, 304, 163.
78. St. J. Dixon-Warren, A. T. Pasteur and D. A. King, J. Chem. Phys., 1995, 103, 2261.
79. P. R. Norton, K. Griffiths and P. E. Bindner, Surf. Sci., 1984, 138, 125.
80. X. C. Guo, J. M. Bradley, A. Hopkinson and D. A. King, Surf. Sci., 1994, 310, 163.
81. J. M. Bradley, X. C. Guo, A. Hopkinson and D. A. King, J. Chem. Phys., 1996, 104, 4283.
82. M. Eiswirth, R. Schwankner and G. Ertl, Z. Phys. Chem., 1985, 144, 59.
83. M. P. Cox, G. Ertl and R. Imbihl, Phys. Rev. Lett., 1985, 54, 1725.
84. M. Eiswirth, P. Möller, K. Wetz, R. Imbihl and G. Ertl, J. Chem. Phys., 1989, 90, 510.
85. M. Gruyters, T. Ali and D. A. King, Chem. Phys. Lett., 1995, 232, 1; J. Phys. Chem., 1996, 100, 14 417.
86. R. Imbihl, M. P. Cox, G. Ertl, H. Müller and W. Brenig, J. Chem. Phys., 1985, 83, 1578.
87. G. Ertl, Adv. Catal., 1990, 37, 213 and references therein.
88. F. Schüth, B. E. Henry and L. D. Schmidt, Adv. Catal., 1993, 39, 51 and references therein.
89. D. A. King, Surf. Rev. Lett., 1994, 1, 435 and references therein.
90. R. Imbihl and G. Ertl, Chem. Rev., 1995, 95, 697 and references therein.
91. S. P. Singh-Boparai and D. A. King, Supplement à la Révue “Le Vide, Les Couches Minces”, no. 201, Proceedings of the 4th International Conference on Solid Surfaces and the 3rd European Conference on Surface Science, ed. D. A. Degras and M. A. Costa, 1980, vol. 1, p. 403.
92. S. B. Schwartz and L. D. Schmidt, Surf. Sci., 1987, 183, L269.
93. S. B. Schwartz and L. D. Schmidt, Surf. Sci., 1988, 206, 169.
94. Th. Fink, J. P. Dath, R. Imbihl and G. J. Ertl, Chem. Phys., 1991, 95, 2109.
95. G. Veser and R. Imbihl, J. Chem. Phys., 1992, 96, 7155.
96. J. Siera, P. Cobden, K. Tanaka and B. E. Nieuwenhuys, Catal. Lett., 1991, 10, 335.
97. M. Slinko, T. Fink, T. Löher, H. H. Madden, S. J. Lombardo, R. Imbihl and G. Ertl, Surf. Sci., 1992, 264, 157.
98. P. D. Cobden, J. Siera and B. E. Nieuwenhuys, J. Vac. Sci. Technol. A, 1992, 10, 2487.
99. S. J. Lombardo, T. Fink and R. Imbihl, J. Chem. Phys., 1993, 98, 5526.
100. A. V. Walker, M. Gruyters and D. A. King, Surf. Sci. Lett., in press.
101. H. P. Bonzel and S. Ferrer, Surf. Sci., 1982, 118, L263.
102. M. Eiswirth and G. Ertl, Surf. Sci., 1986, 177, 90.
103. S. Ladas, R. Imbihl and G. Ertl, Surf. Sci., 1988, 198, 42.
104. T. Gritsch, D. Coulman, R. J. Behm and G. Ertl, Phys. Rev. Lett., 1989, 63, 1086.
105. T. Gritsch, D. Coulman, R. J. Behm and G. Ertl, Appl. Phys. A, 1989, 49, 403.
106. M. Ehsasi, M. Matloch, O. Frank, J. H. Block, K. Christmann, F. S. Rys and W. Hirschwald, J. Chem. Phys., 1989, 91, 4949.
107. M. Ehsasi, S. Rezaie-Serej, J. H. Block and K. Christmann, J. Chem. Phys., 1990, 92, 7596.
108. M. Sander, R. Imbihl and G. Ertl, J. Chem. Phys., 1991, 95, 6162.
109. R. C. Yeates, J. E. Turner, A. J. Gellmann and G. A. Somorjai, Surf. Sci., 1985, 149, 175.
110. V. P. Zhdanov and B. Kasemo, Physica D, 1994, 70, 383.
111. M. Ehsasi, C. Seidel, H. Ruppender, W. Drachsel, J. H. Block and K. Christmann, Surf. Sci., 1989, 210, L198.
112. M. R. Basett and R. Imbihl, J. Chem. Phys., 1990, 93, 811.
113. R. Raval, S. Haq, M. A. Harrison, G. Blyholder and D. A. King, Chem. Phys. Lett., 1990, 167, 391.
114. P. Hu, R. Raval and D. A. King, Surf. Sci., 1991, 249, 1.
115. M. Kiskinova, S. Lizzit, G. Comelli, G. Paolucci and R. Rosei, Appl. Surf. Sci., 1993, 64, 185.
116. M. F. H. van Tol, H. Gielbert and B. E. Nieuwenhuys, Catal. Lett., 1992, 16, 297.
117. M. F. H. van Tol, H. Gielbert and B. E. Nieuwenhuys, Appl. Surf. Sci., 1993, 67, 179.
118. W. Engel, M. E. Kordesch, H. H. Rotermund, S. Kubala and A. van Oertzen, Ultramicroscopy, 1991, 36, 148.