CO脱附和与O共吸附对CO催化氧化的Ziff-Gulari-Barshad模型的phase diagram的影响

CO催化氧化模型中气相中惰性组分的影响

Effects of inert species in the gas phase in a model for the catalytic oxidation of CO

我们通过动力学蒙特卡罗模拟研究了在气相中存在污染物的情况下一氧化碳在表面上的催化氧化。该过程是由一个Ziff-Gulari-Barshad（ZGB）模型，已被修改，包括污染物的影响，并消除非物理氧中毒相模拟。杂质可以在表面上吸附和解吸，但在其他方面保持惰性。我们发现，如果杂质不能脱附，无论它们在混合气体中的比例有多小，表征ZGB模型的一级跃迁和反应窗口都将消失。覆盖变得连续，并且一旦表面达到稳定状态，则不产生CO $_2$。这与表面呈现固定百分比杂质的系统的行为完全不同。当允许污染物解吸时，反应窗口再次出现，并且在取决于气体中污染物的比例和它们的解吸速率的值处消失。

CO催化氧化模型，包括气相杂质和CO解吸

Model for the catalytic oxidation of CO, including gas-phase impurities and CO desorption

本文用改进的Ziff-Gulari-Barshad模型对CO+O -> CO_2在催化剂表面上的反应进行了动力学蒙特卡罗模拟。我们的模型包括在气相中的杂质，CO解吸，和已知的修改，以消除非物理O中毒相。杂质可以在表面上吸附和解吸，但在其他方面保持惰性。在以前的工作中，不包括CO解吸[G. M. P.A. Rikvold，Phys. Rev. E，85031143（2012）]，我们发现杂质对相图具有非常独特的影响，并且大大降低了系统的反应性。如果杂质不解吸，一旦系统达到稳定状态，CO_2的产生就消失了。当允许杂质脱附时，存在CO_2反应窗口重新出现的区域，尽管大大减小。以下实验证据表明，温度的影响是至关重要的，在许多催化过程中，在这里，我们进一步分析这些影响，包括CO解吸率。我们发现，CO解吸具有平滑反应相和富CO相之间的过渡的效果，并且最重要的是，它可以通过加宽反应窗口来抵消杂质存在的负面影响，使得现在系统在整个CO压力范围内保持催化活性。

An alternative method to characterize first- and second-order phase transitions in surface reaction models

In this work, we revisited the Ziff-Gulari-Barshad (ZGB) model to study its phase transitions and critical exponents through time-dependent Monte Carlo simulations. We used a method proposed recently to locate the non-equilibrium second-order phase transitions and that has been successfully used in systems with defined Hamiltonians and with absorbing states. This method, which is based on optimization of the coefficient of determination of the order parameter, was able to characterize the second-order phase transition of the model, as well as its upper spinodal point, a pseudo-critical point l…

表面催化氧化CO不同氧吸附机理的比较

Comparison between different oxygen adsorption mechanisms for the catalytic oxidation of CO on a surface

采用动力学蒙特卡罗模拟方法研究了CO在表面上催化氧化的Ziff-Gulari-Barshad（ZGB）模型的动力学行为。众所周知，ZGB模型呈现出在氧中毒状态和反应状态之间的连续转变，这在自然界中是观察不到的。基于一些实验结果表明氧原子在表面解离时彼此远离，我们通过改变氧分子的进入机制来修改标准ZGB模型。我们研究了三种不同的方式，其中氧原子可以吸附在表面，使非物理连续相变消失。我们计算的相图的三种情况下，并研究包括CO解吸机制的影响。

CO氧化-CO脱附模型中亚稳非平衡相的衰减、反应速率的增强和动态相变

Decay of Metastable Nonequilibrium Phases, Enhanced Reaction Rate, and Dynamic Phase Transition in a Model of CO Oxidation with CO Desorption

我们提出了一个计算研究的动力学行为的Ziff-Gulari-Barshad模型的CO氧化与CO脱附的催化表面。我们的研究结果提供了进一步的证据，低于临界解吸速率的模型表现出非平衡，一阶相变之间的低和高CO覆盖相。我们的动力学蒙特卡罗模拟表明，这些阶段之间的过渡过程遵循一个衰减机制非常相似的经典Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami理论的相变成核和生长。我们测量了转变线两侧亚稳相的寿命，发现它们强烈依赖于转变的方向，即，从低覆盖到高覆盖，反之亦然。受这种不对称性的启发，我们引入了一个方波周期性的外部强迫，其两个参数可以调整，以提高催化活性。当CO脱附速率低于临界值时，该远离平衡态的体系经历了产CO_2相和非产CO_2相之间的动态相变。在周期性外力作用的参数空间中，这种非平衡相变定义了一条临界点线。CO_2产率的最大提高率出现在该临界线附近。

A model for the catalytic oxidation of CO that includes CO desorption and diffusion, O repulsion, and impurities in the gas phase

We present kinetic Monte Carlo simulations exploring the nonequilibrium phase diagram of a modified Ziff-Gulari-Barshad (ZGB) dynamic lattice-gas model for the catalytic oxidation of carbon monoxide (CO) on a surface. The modified model includes the simultaneous presence of contaminants in the gas phase, CO desorption, CO diffusion, and strong repulsion between adsorbed oxygen (O) atoms; all of which have been observed in experimental systems. We find that the strong O-O repulsion produces higher reaction rates, albeit in a reduced reactive pressure window. In systems with impurities, the CO$_…

惰性中心随机分布的ZGB模型

ZGB model with random distribution of inert sites

在Ziff-Gulari-Barshad模型中引入惰性位的随机分布来研究活性态和中毒态之间的相变。${\rm CO}$和${\rm O_2}$分子不可能吸附在惰性位点的位置。该模型的网站和对近似，以及通过蒙特卡罗模拟进行了研究。我们确定的平均覆盖率的元素作为稀释的函数，并表明，活性和O-中毒状态之间的连续过渡略有影响，由适度的稀释值对近似和模拟。另一方面，从滞后曲线的分析，活性和CO中毒状态之间的转变从一阶连续的变化，作为一个增加的非活性中心的浓度。观察到的网站和对近似的过渡总是一阶性质。我们还发现了过渡线和旋节点作为惰性位点浓度的函数。最后，计算${\rm CO_2}$的产生速率作为位点稀释度的函数。

催化反应对CO压力周期性变化的响应：CO_2生成增加和动态相变

Response of a catalytic reaction to periodic variation of the CO pressure: Increased CO_2 production and dynamic phase transition

本文用动力学Monte Carlo方法研究了一个含CO脱附的Ziff-Gulari-Barshad模型对CO压力周期性变化的动力学响应。我们使用一个方波周期性的压力变化的参数，可以调整，以提高催化活性。我们的证据表明，低于临界值的解吸率，驱动系统经历了一个动态的相变之间的CO_2生产阶段和非生产阶段的压力振荡周期的临界值。在动态相变阶段，CO_2的周期平均产率显著增加，可以作为动态序参量。我们进行了有限尺寸标度分析，表明存在幂律奇点的序参量和它的波动，产生估计的临界指数比$β/ν\approx 0.12$和$γ/ν\approx 1.77$。这些指数比，与理论对称性参数和数值数据的四阶累积量与过渡，给出合理的支持的假设，即观察到的非平衡动态相变是在相同的普适类的二维平衡伊辛模型。

Highly detailed computational study of a surface reaction model with diffusion: four algorithms analyzed via time-dependent and steady-state Monte Carlo simulations

In this work, we present an extensive computational study on the Ziff-Gulari-Barshad (ZGB) model extended in order to include the spatial diffusion of oxygen atoms and carbon monoxide molecules, both adsorbed on the surface. In our approach, we consider two different protocols to implement the diffusion of the atoms/molecules and two different ways to combine the diffusion and adsorption processes resulting in four different algorithms. The influence of the diffusion on the continuous and discontinuous phase transitions of the model is analysed through two very well established methods: the ti…

CO催化氧化模型中亚稳相的衰减

Decay of metastable phases in a model for the catalytic oxidation of CO

本文用动力学蒙特卡罗模拟了含CO脱附的Ziff-Gulari-Barshad模型中CO + O $\to$ CO $_2$在催化剂表面上的动力学行为。有限尺寸标度分析的波动和四阶序参数累积表明，低于临界CO解吸速率，该模型表现出一个非平衡的一阶相变之间的低和高CO覆盖相。我们计算了共存曲线上的几个点。我们还测量了与从低CO覆盖相到高CO覆盖相的过渡相关的亚稳寿命，以及{ \it反之亦然}。我们的研究结果表明，过渡过程遵循的机制非常相似的亚稳相的衰减与{ \it平衡}一级相变，可以描述由经典的Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami理论的相变的成核和生长。在本例中，解吸参数起温度的作用，并且到共存曲线的距离起外部场或过饱和的作用。我们确定了两个不同的制度，这取决于系统是否远离或接近共存曲线，其中的统计特性和系统的大小依赖的寿命是不同的，对应于多液滴或单液滴衰变，分别。这两个制度之间的交叉点的共存曲线与系统的大小，类似于多液滴和单液滴的亚稳衰减附近的平衡的一阶相变的交叉点之间的行为。