Dynamics of H2 dissociation on the 1/2 ML c(2 × 2)-Ti/Al(100) surface

文献情報

出版日 2012-01-11
DOI 10.1039/C2CP23693A
インパクトファクター 3.676
著者

Jian-Cheng Chen, Maxi Ramos, Carina Arasa, Mark F. Somers, Alejandra E. Martínez, Cristina Díaz, Geert-Jan Kroes


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要旨

The dissociation of H2 on Ti-covered Al surfaces is relevant to the rehydrogenation and dehydrogenation of the NaAlH4 hydrogen storage material. The energetically most stable structure for a 1/2 monolayer of Ti deposited on the Al(100) surface has the Ti atoms in the second layer with a c(2 × 2) structure, as has been confirmed by both low-energy electron diffraction and low-energy ion scattering experiments and density functional theory studies. In this work, we investigate the dynamics of H2 dissociation on a slab model of this Ti/Al(100) surface. Two six-dimensional potential energy surfaces (PESs) have been built for this H2 + Ti/Al(100) system, based on the density functional theory PW91 and RPBE exchange–correlation functionals. In the PW91 (RPBE) PES, the lowest H2 dissociation barrier is found to be 0.65 (0.84) eV, with the minimum energy path occurring for H2 dissociating above the bridge to top sites. Using both PESs, H2 dissociation probabilities are calculated using the classical trajectory (CT), the quasi-classical trajectory (QCT), and the time-dependent wave-packet methods. We find that the QCT H2 dissociation probabilities are in good agreement with the quantum dynamics results in the collision energy range studied up to 1.0 eV. We have also performed molecular beam simulations and present predictions for molecular beam experiments. Our molecular beam simulations show that H2 dissociation on the 1/2 ML Ti/Al(100) surface is an activated process, and the reaction probability is found to be 6.9% for the PW91 functional and 1.8% for the RPBE at a nozzle temperature of 1700 K. Finally, we have also calculated H2 dissociation rate constants by applying transition state theory and the QCT method, which could be relevant to modeling Ti-catalyzed rehydrogenation and dehydrogenation of NaAlH4.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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