Theoretical prediction by DFT and experimental observation of heterocation-doping effects on hydrogen adsorption and migration over the CeO2(111) surface

文献情報

出版日 2021-01-26
DOI 10.1039/D0CP05752E
インパクトファクター 3.676
著者

Kota Murakami, Yuta Mizutani, Hiroshi Sampei, Atsushi Ishikawa, Yuta Tanaka, Sasuga Hayashi, Sae Doi, Takuma Higo, Hideaki Tsuneki, Hiromi Nakai, Yasushi Sekine


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要旨

Hydrogen (H) atom adsorption and migration over the CeO2-based materials surface are of great importance because of its wide applications to catalytic reactions and electrochemical devices. Therefore, comprehensive knowledge for controlling the H atom adsorption and migration over CeO2-based materials is crucially important. For controlling H atom adsorption and migration, we investigated irreducible divalent, trivalent, and quadrivalent heterocation-doping effects on H atom adsorption and migration over the CeO2(111) surface using density functional theory (DFT) calculations. Results revealed that the electron-deficient lattice oxygen (Olat) and the flexible CeO2 matrix played key roles in strong adsorption of H atoms. Heterocations with smaller valence and smaller ionic radius induced the electron-deficient Olat. In addition, smaller cation doping enhanced the CeO2 matrix flexibility. Moreover, we confirmed the influence of H atom adsorption controlled by doping on surface proton migration (i.e. surface protonics) and catalytic reaction involving surface protonics (NH3 synthesis in an electric field). Results confirmed clear correlation between H atom adsorption energy and surface protonics.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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