Механизм реакции h2 на поверхности In2O3 (011) с предадсорбированной молекулой кислорода

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Модифицированным методом упругой ленты (CI-NEB) рассчитаны энергии активации реакции H2 с предадсорбированной на поверхности In2O3(011) молекулой кислорода с образованием молекулы воды в одном случае и гидроксильной группы в другом. При этом один гидроксил образуется в результате связывания ОН с поверхностным атомом металла, а другой – за счет связи водорода с решеточным кислородом. Вычисления показывают, что энергии активации этих реакций имеют близкие величины: 0.99 и 0.98 эВ, однако термодинамически выгодным является гидроксилирование поверхности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

К. С. Курмангалеев

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: f7033@mail.ru
Россия, Москва

Т. Ю. Михайлова

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук

Email: f7033@mail.ru
Россия, Москва

Л. И. Трахтенберг

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: f7033@mail.ru
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Sayago I., Terrado E., Lafuente E., Horrillo M.C., Maser W.K., Benito A.M., Navarro R., Urriolabeitia E.P., Martinez M.T., Gutierrez J. Hydrogen Sensors Based on Carbon Nanotubes Thin Films // Synth. Met. 2005. V. 148. P. 15–19. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2004.09.013
  2. Kumar M., Ramaprabhu S. Palladium Dispersed Multiwalled Carbon Nanotube Based Hydrogen Sensor for Fuel Cell Applications // Int. J. Hydrogen Energy. 2007. V. 13. P. 2518–2526. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.11.015
  3. Ikim M.I., Gerasimov G.N., Gromov V.F., Ilegbusi O.J., Trakhtenberg L.I. Phase Сomposition, Сonductivity, and Sensor Properties of Cerium-Doped Indium Oxide // Nano Mater. Sci. 2023. V. 24. № 2. P. 1570. https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2023.09.001
  4. Kumar M., Mehta B.R., Singh V.N., Chatterjee R., Milikisiyants S., Lakshmi K.V., Singh J.P. The Role of Stoichiometry of Indium and Oxygen on Gas Sensing Properties of Indium Oxide Nanostructures // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 96. № 12. P. 123114:1–3. https://doi.org/10.1063/1.3371717
  5. Walsh A. Surface Oxygen Vacancy Origin of Electron Accumulation in Indium Oxide // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 98. P. 261910:1–3. https://doi.org/10.1063/1.3604811
  6. Lany S., Zakutayev A., Mason T.O., Wager J.F., Poeppelmeier K. R., Perkins J.D., Berry J.J., Ginley D.S., Zunger A. Surface Origin of High Conductivities in Undoped In2O3 Thin Films // Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108. P. 016802:1–5. https://doi.org/10.1103/physrevlett.108.016802
  7. Lany S., Zunger A. Dopability, Intrinsic Conductivity, and Nonstoichiometry of Transparent Conducting Oxides // Phys. Rev. Lett. 2007. V. 98. № 4. P. 045501:1–4. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.045501
  8. Posada-Borbón A., Grönbeck H. Hydrogen Adsorption on In2O3(111) and In2O3(110) // PCCP. 2020. V. 22. P. 16193–16202. https://doi.org/10.1039/D0CP01749C
  9. Chen Y., Wang X., Shi C., Li L., Qin H., Hu J. Sensing Mechanism of SnO2(110) Surface to H2: Density Functional Theory Calculations // Sens. Actuators, B. 2015. V. 220. P. 279–287. https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.05.061
  10. Posada-Borbón A., Grönbeck H. CO2 Adsorption on Hydroxylated In2O3(110) // PCCP. 2019. V. 21. № 39. P. 21698–21708. https://doi.org/10.1039/c9cp04097h
  11. Li M., Zhu H., Wei G., He A., Liu Y. VOCs Gas Sensing Properties on SnO2 (110) Surface with Dissociated Oxygen Species Pre-adsorbed: Experiments and DFT Analysis // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2019. V. 30. P. 19625–19638. https://doi.org/10.1007/s10854-019-02336-3
  12. Perdew J. P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77.№ 18. P. 3865–3868. https://doi.org/10.1103/physrevlett.77.3865
  13. Dudarev S.L., Botton G.A., Savrasov S.Y., Humphreys C.J., Sutton A.P. Electron-energy-Loss Spectra and the Structural Stability of Nickel Oxide: An LSDA+U Study // Phys. Rev. B. 1998. V. 57. № 3. P. 1505–1509. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.57.1505
  14. Klein A. Electronic Properties of In2O3 Surfaces // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 77. № 13. P. 2009–2011. https://doi.org/10.1063/1.1312199
  15. Grimme S., Antony J., Ehrlich S., Krieg H. A Consistent and Accurate Ab Initio Parametrization of Density Functional Dispersion Correction (DFT-D) for the 94 Elements H-Pu // J. Chem. Phys. 2010. V. 132. № 15. P. 154104:1–18. https://doi.org/10.1063/1.3382344
  16. Henkelman G., Uberuaga B.P., Jónsson H.A Climbing Image Nudged Elastic Band Method for Finding Saddle Points and Minimum Energy Paths // J. Chem. Phys. 2000. V. 113. № 22. P. 9901–9904. https://doi.org/10.1063/1.1329672
  17. Курмангалеев К.С., Михайлова Т.Ю., Трахтенберг Л.И. Неэмпирическое исследование особенностей адсорбции кислорода на поверхность In2O3 (011) // Неорган. материалы. 2022. T. 58. № 3. C. 290–296. https://doi.org/10.1134/S0020168522030086
  18. Benedict W.S., Gailar N., Plyler E.K. Rotation-vibration Spectra of Deuterated Water Vapor // J. Chem. Phys. 1956. V. 24. P. 1139–1165. https://doi.org/10.1063/1.1742731

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Пластина In2O3(011) с адсорбированной молекулой кислорода [17]: конфигурация пластинки после релаксации. Красным обозначены атомы O2(ads.); до релаксации центры тяжести обеих молекул располагались на расстоянии 2 Å от самого верхнего атома пластинки; а – ось молекулы изначально была параллельно пластине, б – перпендикулярно; большие сферы соответствуют атомам индия, малые – решеточному кислороду

Скачать (316KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Энергетические профили реакций (2) (а) и (3) (б), рассчитанные методом CI-NEB: черные кружки соответствуют каждому изображению NEB; сплошной линией показана кривая, полученная методом кубической сплайн-интерполяции

Скачать (311KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024