Vibrationally-assisted dissociative adsorption of oxygen on Ru(0001)-p(21)-O

超音速分子ビームを用いたRu(0001)表面での酸素分子の解離吸着ダイナミクス

高橋 真*; 藤本 洋介*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆 ; 奥山 弘*; 有賀 哲也*

Takahashi, Shin*; Fujimoto, Yosuke*; Teraoka, Yuden; Yoshigoe, Akitaka; Okuyama, Hiroshi*; Aruga, Tetsuya*

運動エネルギーが0.5eVから1.0eVの超音速分子ビーム技術と放射光を用いた高分解能X線光電子分光法をRu(0001)表面での酸素分子の解離吸着反応の研究に適用した。運動エネルギーの増加とともに吸着確率と飽和吸着量の増加が見られたことは直接的な吸着機構を示唆している。内部エネルギーの効果を確かめるため、分子ビーム源を加熱した場合としない場合で酸素吸着曲線を測定した。ビーム源を1400Kまで加熱した場合には解離吸着が劇的に促進された。超音速分子ビームが断熱膨張するときに回転と並進エネルギーが十分冷却されるのに比較して、振動分布は本質的にほとんど緩和されないことが知られている。そのため、この吸着の増速はおもに分子振動の励起によると結論した。これは解離のエネルギー障壁がポテンシャルエネルギー曲面の出口側にあることを示している。そのような振動エネルギー効果はp(21)構造に対応する0.5モノレイヤーまで酸素であらかじめ酸化したRu(0001)表面でも観察された。

Supersonic molecular beam techniques with 0.5-1.0eV and high resolution X-ray photoelectron spectroscopy using synchrotron radiation were applied to the dynamics study for oxygen dissociative adsorption on Ru(0001). Increase of adsorption probability and saturation coverage with increasing translational energy suggests a direct dissociation mechanism. We measured uptake curves with and without heating a molecular beam source to verify internal energy effects. We found drastic enhancement of dissociative adsorption. In comparison with rotational and translational cooling during beam expansion, vibrational populations are known to be almost unrelaxed. Then, we concluded that adsorption enhancement was mainly caused by vibrational excitation, indicating that dissociation barrier was located in the exit channel on the potential energy surface. Such vibrational effect was also found on oxygen pre-covered Ru(0001) surface with a 0.5 monolayer corresponding to a p(21) structure.