化学学报 2009, 67(24) 2765-2772 DOI:     ISSN: 0567-7351 CN: 31-1320/O6

本期目录 | 下期目录 | 过刊浏览 | 高级检索                                                            [打印本页]   [关闭]
研究论文
扩展功能
本文信息
Supporting info
PDF(538KB)
[HTML全文]
参考文献[PDF]
参考文献
服务与反馈
把本文推荐给朋友
加入我的书架
加入引用管理器
引用本文
Email Alert
文章反馈
浏览反馈信息
本文关键词相关文章
CO 氧化
CeO2(110)表面
密度泛函理论
扩展休克尔分子轨道
本文作者相关文章
滕波涛
蒋仕宇
郭晓伟
袁金焕
罗孟飞
PubMed
Article by Teng, B. C.
Article by Jiang, S. Y.
Article by Guo, X. W.
Article by Yuan, J. H.
Article by Luo, M. F.
CeO2(110)表面上CO氧化反应的密度泛函理论研究
滕波涛, 蒋仕宇, 郭晓伟, 袁金焕, 罗孟飞
浙江师范大学物理化学研究所 浙江省固体表面重点实验室 金华 321004
摘要

利用密度泛函理论系统研究了O2与CO在CeO2(110)表面的吸附反应行为. 研究表明, O2在洁净的CeO2(110)表面吸附热力学不利, 而在氧空位表面为强化学吸附, O2分子被活化, 可能是重要的氧化反应物种. CO在洁净的CeO2(110)表面有化学吸附与物理吸附两种构型, 前者形成二齿碳酸盐物种, 后者与表面仅存在弱的相互作用. 在氧空位表面, CO可分子吸附或形成碳酸盐物种, 相应吸附能均较低. 当表面氧空位吸附O2后(O2/Ov), CO可吸附生成碳酸盐或直接生成CO2, 与原位红外光谱结果相一致. 过渡态计算发现,O2/Ov/CeO2(110)表面的三齿碳酸盐物种经两齿、单齿过渡态脱附生成CO2. 利用扩展休克尔分子轨道理论分析了典型吸附构型的电子结构, 说明表面碳酸盐物种三个氧原子电子存在离域作用, 物理吸附的CO及生成的CO2电子结构与相应自由分子相似.

关键词 CO 氧化   CeO2(110)表面   密度泛函理论   扩展休克尔分子轨道  
A Density Functional Theory Study of CO Oxidation on CeO2(110) Surface
TENG Bei-Chao, JIANG Shi-Yu, GUO Xiao-Wei, YUAN Jin-Huan, LUO Meng-Fei
(Zhejiang Key Laboratory of Chemistry on Solid Surfaces, Institute of Physical Chemistry, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004)
Abstract:

CO adsorption and oxidation reaction on the CeO2(110) surface were systematically investigated using density functional theory (DFT). It was found that O2 adsorption on the clean CeO2(110) surface is thermodynamically unfavorable. When surface oxygen vacancy exists, strong adsorption occurs and the O2/Ov species forms, which might be one of the most important oxygen species for oxidative reaction. Two types of CO adsorption structures on the clean CeO2(110) surface were observed. The strong chemisorbed configurations form a bidentate carbonate intermediate; while only weak interactions occur between CO and CeO2(110) surface for the physisorbed one. On the CeO2(110) surface with oxygen vacancy, both carbonate species and molecular CO were obtained with low adsorption energies. When O2 adsorbs on the surface with oxygen vacancy (O2/Ov), CO might strongly adsorb on the surface to form carbonate intermediate, or directly form CO2. It was very interesting to find that the carbonate species on the O2/Ov/CeO2(110) surface desorbs to CO2 through the bidentate and monodentate intermediates. According to the extended Hückel (eH) theory, it was indicated that the electrons of three oxygen atoms of the carbonate intermediate are partial delocalization. The electronic structures of the physisorbed CO and CO2 product on the CeO2(110) are much similar to those of free molecules.

Keywords: CO oxidation   CeO2(110) surface   density functional theory   extended Hückel molecular orbitaltheory  
收稿日期 2009-05-21 修回日期 2009-06-30 网络版发布日期 2010-02-04 
DOI:
基金项目:

浙江省自然科学基金(Y407163;Y407020)

通讯作者: 滕波涛
作者简介:
作者Email: tbt@zjnu.cn

参考文献:

1 Nolan, M.; Parker, S. C.; Watson, G. W. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 216.
2 Lu, M. H.; Li, M. S.; Shan, Y. H.; Seshan, K.; Lefferts, L. Chin. J. Chem. 2008, 26, 1035.
3 Bi, Y. S.; Lu, G. X. Acta Chim. Sinica 2003, 61, 635 (in Chinese). (毕玉水, 吕功煊, 化学学报, 2003, 61, 635.) 
4 Aneggi, E.; Llorca, J.; Boaro, M.; Trovarelli, A. J. Catal. 2005, 234, 88.
5 Breysse, M.; Guenin, M.; Claudel, B.; Veron, J. J. Catal. 1973, 28, 54.
6 Fu, Y. L.; Tian, Y. C.; Xiang, X. Y. J. Univ. Sci. Technol. Chin. 1989, 19, 482 (in Chinese). (伏义路, 田杨超, 项肖宜, 中国科学技术大学学报, 1989, 19, 482.) 
7 Zhou, K. B.; Wang, X.; Sun, X. M.; Peng, Q.; Li, Y. D. J. Catal. 2005, 229, 206.
8 de Carolis, S.; Pascual, J. L.; Petterson, L. G. M.; Baudin, M.; Wojcik, M.; Hermansson, K.; Palmqvist, A. E. C.; Muhammed, M. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 7627.
9 Fabris, S.; Vicaro, G.; Balducci, G.; de Gironcoli, S.;Baroni, S. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 22860.
10 Sayle, T. X. T.; Parker, S. C.; Catlow, C. R. A. Surf. Sci.1994, 316, 329.
11 Yang, Z. X.; Woo, T. K.; Hermansson, K. Chem. Phys. Lett. 2004, 396, 384.
12 Huang, M.; Fabris, S. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 8643. 
13 Nolan, M.; Watson, G. W. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 16600.
14 Herschend, B.; Baudin, M.; Hermansson, K. Chem. Phys. 2006, 328, 345.
15 Jiang, S. Y.; Teng, B. T.; Yuan, J. H.; Guo, X. W.; Luo, M. F. Acta Phys.-Chim. Sin. 2009, 25, 1629 (in Chinese). (蒋仕宇, 滕波涛, 袁金焕, 郭晓伟, 罗孟飞, 物理化学学报, 2009, 25, 1629.)
16 (a) Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. 1964, 136, B864.
(b) Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133.
17 (a) Kresse, G.; Hafner, J. Phy. Rev. B 1994, 49, 14251.
(b) Kresse, G.; Furthmiiller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15.
18 Jiang, S. Y.; Teng, B. T.; Lu, J. Q.; Liu, X. S.; Yang, P. F.; Yang, F. Y.; Luo, M. F. Acta Phys.-Chim. Sin. 2008, 24, 2025 (in Chinese). (蒋仕宇, 滕波涛, 鲁继青, 刘雪松, 杨培芳, 杨飞勇, 罗孟飞, 物理化学学报, 2008, 24, 2025.) 
19 Hoffmann, R. J. Chem. Phys. 1963, 39, 1397. 
20 Landrum, G. A. Viewkel, Version 3.0. Viewkel is distributed as part of the YAeHMOP extended Hückel molecular orbital package and is freely available on the Internet at http://overlap. chem. cornell. edu: 8080/YAeHMOP. html. 
21 Zheng, C.; Apeloig, Y.; Hoffmann, R. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 149.
22 Wen, X. D.; Cahill, T. J.; Hoffmann, R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2199.
PMid:19159288
 23 Yang, Z. X.; Woo, T. K.; Baudin, M.; Hermansson, K. J. Chem. Phys. 2004, 120, 7741. 
24 (a) Li, C.; Sakata, Y.; Arai, T.; Domen, K.; Maruya, K.; Onishi, T. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 1989, 85, 929.
(b) Li, C.; Sakata, Y.; Arai, T.; Domen, K.; Maruya, K.;Onishi, T. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1 1989, 85, 1451.

本刊中的类似文章
1.戴国梁, 高立国, 王永成, 范康年 .气相中Cu和Zn与SCO反应的理论研究[J]. 化学学报, 2007,65(6): 509-516
2.王永成,张庆莉,耿志远,李会珍,王清云,司玉冰 .气相中Ir+循环催化N2O与CO反应机理的理论研究[J]. 化学学报, 2008,66(24): 2669-2674
3.王岩, 方德彩, 刘若庄 .吡啶二硫代酯与丁二烯杂Diels-Alder反应的理论研究[J]. 化学学报, 2007,65(18): 1987-1994
4.蓝蓉,李浩然,韩世钧 .DFT和热力学研究氢键协同效应及对关联1H NMR的影响[J]. 化学学报, 2005,63(14): 1288-1292
5.易平贵,彭洪亮,于贤勇,汪朝旭,唐臻强,王涛 .2-(2-巯苯基)苯并噁唑分子内质子转移的理论研究[J]. 化学学报, 2009,67(4): 276-282
6.吴玉辉,周欣,张红星 .系列二亚胺Os(II)配合物[Os(L)2(CN)2(phen)] (L=PH3, DMSO; phen=1,10-邻二氮杂菲)及[Os(PH3)2(phen)Br2]电子结构和 光谱性质的理论研究 [J]. 化学学报, 2009,67(3): 197-202
7.仇静,刘辉,王遵尧,王连生,于红霞 .多氯代吩噁嗪热力学性质的密度泛函理论研究[J]. 化学学报, 2008,66(24): 2659-2668
8. .甲醇在Pt-Fe(111)/C表面吸附的理论研究[J]. 化学学报, 2008,66(22): 2457-2461
9.马艳平,包鹏,虞忠衡 .氮苄叉基苯胺分子的平面扭曲驱动力的DFT研究[J]. 化学学报, 2006,64(13): 1304-1308
10.雷艳华,孙清,陈兆旭,沈俭一 .合成聚甲醛二甲基醚反应热力学的理论计算[J]. 化学学报, 2009,67(8): 767-772
11.王 岩,曾小兰,方德彩 .多氯代菲分子结构和热力学性质的密度泛函理论研究[J]. 化学学报, 2009,67(10): 1047-1056
12.李志锋, 吕玲玲, 康敬万 .CCl2与CH2O插入反应机理及热力学与动力学特性的理论研究[J]. 化学学报, 2007,65(11): 1019-1026
13.马文瑾, 张静, 王艳宾, 武海顺 .GamN (m=1~9)团簇结构与稳定性的量子化学研究[J]. 化学学报, 2007,65(12): 1110-1116
14.宋华杰, 肖鹤鸣, 董海山 .TATB二聚体分子间作用力及其气相几何构型研究[J]. 化学学报, 2007,65(12): 1101-1109
15.王金月,王健,胡常伟,肖慎修 .钒取代α-Keggin型杂多阴离子簇合物[PVnMo12-nO40](3+n)- (n=1~3)氧化性能的DFT研究[J]. 化学学报, 2009,67(11): 1189-1194

Copyright by 化学学报