DFT-моделирование адсорбции водорода на нанесенных на графит наночастицах никеля, платины и палладия

  • Е.И. Руденко Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия https://orcid.org/0000-0002-5763-3461
  • Н.В. Дохликова Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия https://orcid.org/0000-0002-9009-667X
  • А.К. Гатин Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия https://orcid.org/0000-0003-2421-8808
  • М.В. Гришин Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук, Москва, Россия https://orcid.org/0000-0001-6464-3572
Ключевые слова: теория функционала плотности, наночастицы, никель, платина, палладий, водород, графит, адсорбция, квантово-химическое моделирование, сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая туннельная спектроскопия.

Аннотация

Проведено DFT-моделирование адсорбции водорода на наночастицах Ni, Pt и Pd на графите. Рассчитывались энергии связи 13-атомных металлических кластеров на графите с различными дефектами с атомарным водородом. Исследовалось изменение плотности состояний атомов металлов при взаимодействии с этим адатомом. Платиновый кластер имеет наиболее активную вершину. Для палладиевого и никелевого кластеров вся поверхность реакционноспособна. Все приведенные выше выводы согласуются с результатами экспериментальных исследований.

Литература

Chorkendorff I., & Niemantsverdriet H. (2003). Concepts of Modern Catalysis and Kinetics. Weinheim: Wiley-VCH.

Yu W., Porosoff M.D. & Chen J.G. (2012). Review of Pt-Based Bimetallic Catalysis: From Model Surfaces to Supported Catalysts. Chemical Reviews, 112(11), 5780–5817. https://doi.org/10.1021/cr300096b.

van Spronsen M.A., Frenkenb J.W.M. and Groot I.M.N. (2017). Observing the oxidation of platinum. Nature Communications, 8. Article number: 429. https://doi.org/10.1038/s41467-017-00643-z.

Cisternas J., Holmes P., Kevrekidis I.G. and Li X. (2003). CO oxidation on thin Pt crystals: Temperature slaving and the derivation of lumped models. // The Journal of chemical physics, 118(7), 3312–3328. https://doi.org/10.1063/1.1531070.

Śmiechowicz I., Kocemba I., Rogowski J., Czupryn, K. (2018). CO oxidation over Pt/SnO2 catalysts. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, 124(2), 633–649. https://doi.org/10.1007/s11144-018-1383-3.

Baxter R.J. & Hu P.J. (2002). Insight into why the Langmuir-Hinshelwood mechanism is Generally preferred. Insight into why the Langmuir–Hinshelwood mechanism is generally preferred. The Journal of Chemical Physics, 116(11), 4379–4381. https://doi.org/10.1063/1.1458938.

Gorobinskiy L., Firsova A., Efimova N., & Korchak V. (2006). Pt-containing pillared clay catalysts for CO oxidation. Kinetics and Catalysis, 47, 395–399. https://doi.org/10.1134/S0023158406030116.

Kurunina G.M., Butov G.M. & Bezbabnykh M.V. (2016). Study of the kinetics of nitrobenzene hydrogenation on 1% pt catalysts containing Eu2O3 and Sm2O3. Successes of Modern Natural Science, 2, 28–31. (in Russ.)

Antonevich I.P., Katok Ya.M. & Nesterova S.V. (2006). Interaction of oxiranylcyclopentanoisoxazolines with hydrobromic acid. Proceedings of the Belarusian State Technological University. Series 4. Chemistry and Technology of Organic Substances, 1(4), 8–11. (in Russ.)

Ferrin P., Kandoi S., Nilekar A.U., & Mavrikakis M. (2012). Hydrogen adsorption, absorption and diffusion on and in transition metal surfaces: A DFT study. Surface Science, 606(7-8), 679–689. https://doi.org/10.1016/j.susc.2011.12.017.

Lebedeva M.V., Ragutkin A.V., Sidorov I.M., Yashtulov N.A. (2011). Reduction of hydrogen absorption into materials of membrane electrode assemblies in hydrogen generators. Fine Chemical Technologies, 18(5), 461–470. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2023-18-5-461-470.

Kratzer P., Hammer B., & Nørskov J. (1996). Geometric and electronic factors determining the differences in reactivity of H2 on Cu(100) and Cu(111). Surface Science, 359(1-3), 45–53. https://doi.org/10.1016/0039-6028(96)00309-3.

Giannozzi P., Andreussi O., Brumme T. et al. (2017). Advanced capabilities for materials modelling with Quantum ESPRESSO. Journal of Physics: Condensed Matter, 29(46), 465901. https://doi.org/10.1088/1361-648x/aa8f79.

Ozaki, T., & Kino, H. (2004). Numerical atomic basis orbitals from H to Kr. Physical Review B, 69(19), 195113. https://doi.org/10.1103/physrevb.69.1951.

Hammer B. & Norskov J.K. (1995). Electronic factors determining the reactivity of metal surfaces. Surface Science, 343(3), 211–220. https://doi.org/10.1016/0039-6028(96)80007-0.

Gatin A., Sarvadiy S., Dokhlikova N., & Grishin M. (2021). Morphology, Electronic Structure, and Adsorption Properties of a Nanostructured Copper-Nickel Coating Applied to the Surface of Highly Oriented Pyrolytic Graphite. Russian Journal of Physical Chemistry B. 15, 367–372. https://doi.org/10.1134/S1990793121030209.

Gatin A.K., Grishin M.V., Sarvadii S.Yu., Slutskii V.G., Kharitonov V.A., Shub B.R., & Kulak A.I. (2018). Kinetics and Catalysis, 59(2), 19–202. https://doi.org/10.1134/S0023158418020088.

Hammer B., & Nørskov J. K. (2000). Theoretical surface science and catalysis—calculations and concepts. Impact of Surface Science on Catalysis, 45, 71–129. https://doi.org/10.1016/s0360-0564(02)45013-4.

Rudenko E.I., Dokhlikova N.V., Gatin A.K., Sarvadii S. Yu., & Grishin M.V. Simulation of hydrogen and oxygen adsorption on palladium nanoparticles located on a graphite substrate with various defects. (2023). Russian Journal of Physical Chemistry B, 17(4), 845–852. https://doi.org/10.1134/s1990793123040164.

Grishin M.V., Gatin A.K., Dokhlikova N.V., Kolchenko N.N., Sarvadii S.Yu., & Shub B.R. (2019). Atomic and Electronic Structure and Chemical Properties of Coatings Based on Gold and Nickel Nanoparticles Deposited on Graphite. Russian Journal of Physical Chemistry B, 13(1), 9–15. https://doi.org/10.1134/S1990793118060167.

Опубликован
2024-12-13
Как цитировать
Руденко, Е., Дохликова, Н., Гатин, А., & Гришин, М. (2024). DFT-моделирование адсорбции водорода на нанесенных на графит наночастицах никеля, платины и палладия. Химическая безопасность, 8(2), 191 - 205. https://doi.org/10.25514/CHS.2024.2.27013
Раздел
Наноразмерные объекты и наноматериалы