Theoretical insights into the effect of terrace width and step edge coverage on CO adsorption and dissociation over stepped Ni surfaces

文献情報

出版日 2017-06-14
DOI 10.1039/C7CP03050A
インパクトファクター 3.676
著者

Yingzhe Yu


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要旨

Vicinal surfaces of Ni are model catalysts of general interest and great importance in computational catalysis. Here we report a comprehensive study conducted with density functional theory on Ni[n(111) × (100)] (n = 2, 3 and 4) surfaces to explore the effect of terrace width and step edge coverage on CO adsorption and dissociation, a probe reaction relevant to many industrial processes. The coordination numbers (CN), the generalized coordination numbers and the d band partial density of states (d-PDOS) of Ni are identified as descriptors to faithfully reflect the difference of the step edge region for Ni[n(111) × (100)]. Based on analysis of the energy diagrams for CO activation and dissociation as well as the structural features of the Ni(311), Ni(211) and Ni(533) surfaces, Ni(211) (n = 3) is proposed as a model of adequate representativeness for Ni[n(111) × (100)] (n ≥ 3) surface groups in investigating small molecule activation over such stepped structures. Further, a series of Ni(211) surfaces with the step edge coverage ranging from 1/4 to 1 monolayer (ML) were utilized to assess their effect on CO activation. The results show that CO adsorption is not sensitive to the step edge coverage, which could readily approach 1 ML under a CO-rich atmosphere. In contrast, CO dissociation manifests strong coverage dependence when the coverage exceeds 1/2 ML, indicating that significant adsorbate–adsorbate interactions emerge. These results are conducive to theoretical studies of metal-catalyzed surface processes where the defects play a vital role.

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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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