Oxygen adsorption onto pure and doped Al surfaces – the role of surface dopants

文献情報

出版日 2014-12-02
DOI 10.1039/C4CP04277H
インパクトファクター 3.676
著者

Cláudio M. Lousada, Pavel A. Korzhavyi


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要旨

Using density functional theory (DFT) with the PBE0 density functional we investigated the role of surface dopants in the molecular and dissociative adsorption of O2 onto Al clusters of types Al50, Al50Alad, Al50X and Al49X, where X represents a dopant atom of the following elements Si, Mg, Cu, Sc, Zr, and Ti. Each dopant atom was placed on the Al(111) surface as an adatom or as a substitutional atom, in the last case replacing a surface Al atom. We found that for the same dopant geometry, the closer is the ionization energy of the dopant element to that of elemental Al, the more exothermic is the dissociative adsorption of O2 and the stronger are the bonds between the resulting O atoms and the surface. Additionally we show that the Mulliken concept of electronegativity can be applied in the prediction of the dissociative adsorption energy of O2 on the doped surfaces. The Mulliken modified second-stage electronegativity of the dopant atom is proportional to the exothermicity of the dissociative adsorption of O2. For the same dopant element in an adatom position the dissociation of O2 is more exothermic when compared to the case where the dopant occupies a substitutional position. These observations are discussed in view of the overlap population densities of states (OPDOS) computed as the overlap between the electronic states of the adsorbate O atoms and the clusters. It is shown that a more covalent character in the bonding between the Al surface and the dopant atom causes a more exothermic dissociation of O2 and stronger bonding with the O atoms when compared to a more ionic character in the bonding between the dopant and the Al surface. The extent of the adsorption site reconstruction is dopant atom dependent and is an important parameter for determining the mode of adsorption, adsorption energy and electronic structure of the product of O2 adsorption. The PBE0 functional could predict the existence of the O2 molecular adsorption product for many of the cases investigated here.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
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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