O与O2在Au团簇上吸附的密度泛函理论研究

doi:10.3866/PKU.WHXB20110438

物理化学学报 >> 2011, Vol. 27 >> Issue (05): 1068-1074.doi: 10.3866/PKU.WHXB20110438

O与O₂在Au团簇上吸附的密度泛函理论研究

郭晓伟, 滕波涛, 袁金焕, 赵云, 赵越, 刘莎

浙江师范大学物理化学研究所, 浙江金华 321004

收稿日期:2010-11-04 修回日期:2011-01-19 发布日期:2011-04-28
通讯作者: 滕波涛 E-mail:tbt@zjnu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(20903081)和浙江省自然科学基金(Y407163)资助项目

Density Functional Theory Study of Atomic and Molecular Oxygen Adsorption on Au Clusters

GUO Xiao-Wei, TENG Bo-Tao, YUAN Jin-Huan, ZHAO Yun, ZHAO Yue, LIU Sha

Institute of Physical Chemistry, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, Zhejiang Province, P. R. China

Received:2010-11-04 Revised:2011-01-19 Published:2011-04-28
Contact: TENG Bo-Tao E-mail:tbt@zjnu.cn
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (20903081) and Natural Science Foundation of Zhejiang Province,China (Y407163).

摘要/Abstract

摘要：

采用基于密度泛函理论(DFT)的Dmol³程序系统研究了O原子与O₂在 Au₁₉与Au₂₀团簇上的吸附反应行为. 结果表明: O在Au₁₉团簇顶端洞位上的吸附较Au₂₀强; 在侧桥位吸附强度相近. O与O₂在带负电Au团簇上吸附较强, 在正电团簇吸附较弱. 从O―O键长看, 当金团簇带负电时, O―O键长较长, 中性团簇次之, 正电团簇中O―O键长较短, 因而O₂活化程度依次减弱. 电荷布居分析表明, Au团簇带负电时, O与O₂得电子数较中性团簇多, 而团簇带正电时, 得电子数较少. 差分电荷密度(CDD)表明, O₂与Au团簇作用时, 金团簇失电子, O₂的π^*轨道得电子, 使O―O键活化. O₂在Au₁₉^-团簇上解离反应活化能为1.33 eV, 较中性团簇低0.53 eV; 而在Au₁₉⁺上活化能为2.27 eV, 较中性团簇高0.41 eV, 这与O₂在不同电性Au₁₉团簇O―O键活化规律相一致.

关键词: O与O₂, 吸附, 反应, Au团簇, 密度泛函理论

Abstract:

The adsorption behaviors of O and O₂ on charged and neutral Au₁₉ and Au₂₀ clusters were systematically investigated by density functional theory (DFT) with Dmol³ program. Our results indicate that the adsorption energies of O on the hollow sites of Au₁₉ are higher than those on Au₂₀; while those on the side-bridge sites of the Au₁₉ and Au₂₀ clusters are similar. For negatively charged clusters, the adsorption energies of O and O₂ are higher than those for neutral and positive clusters. The O―O bond lengths of the adsorbed O₂ on the Au₁₉ and Au₂₀ clusters with different charges show a similar trend to the adsorption energy, that is, the O―O bond lengths on Au₁₉^- are longer than those on the Au₁₉ and Au₁₉⁺ clusters. Population analysis shows that more electrons transfer to the adsorbed O and O₂ from the Au₁₉^- and Au-20 clusters, which indicates stronger interactions compared with the neutral or positive clusters. Charge density difference (CDD) analysis for O₂ on the Au₁₉ and Au₂₀ clusters suggests that electrons of the Au₁₉ and Au₂₀ clusters transfer to the π^* orbital of O₂, upon which the O―O bonds are activated. The dissociation reaction barrier of O₂ on Au₁₉^- is 1.33 eV, which is lower than those on Au₁₉ (1.86 eV) and Au₁₉⁺ (2.27 eV).

Key words: Oxygen atom and molecule, Adsorption, Reaction, Au cluster, Density functional theory

郭晓伟, 滕波涛, 袁金焕, 赵云, 赵越, 刘莎. O与O₂在Au团簇上吸附的密度泛函理论研究[J]. 物理化学学报, 2011, 27(05), 1068-1074. doi: 10.3866/PKU.WHXB20110438

GUO Xiao-Wei, TENG Bo-Tao, YUAN Jin-Huan, ZHAO Yun, ZHAO Yue, LIU Sha. Density Functional Theory Study of Atomic and Molecular Oxygen Adsorption on Au Clusters[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27(05), 1068-1074. doi: 10.3866/PKU.WHXB20110438

链接本文: https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB20110438

https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2011/V27/I05/1068

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O与O₂在Au团簇上吸附的密度泛函理论研究

Density Functional Theory Study of Atomic and Molecular Oxygen Adsorption on Au Clusters

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