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CO Adsorption on Pt(111): From Isolated Molecules to Ordered High-Coverage Structures
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2018-09-21 00:00:00 , DOI: 10.1021/acscatal.8b02371 G. T. Kasun Kalhara Gunasooriya 1 , Mark Saeys 1
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2018-09-21 00:00:00 , DOI: 10.1021/acscatal.8b02371 G. T. Kasun Kalhara Gunasooriya 1 , Mark Saeys 1
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Carbon monoxide (CO) adsorption on Pt(111) is a bellwether system for surface science, a puzzle for computational catalysis, and a model reaction step in catalysis. While CO can form a nearly infinite number of structures and coverages on Pt(111), only a limited number of ordered structures have been experimentally observed. Here, we used first-principles thermodynamic calculations to evaluate the stability of a few hundred structures for CO on Pt(111), with coverages ranging from 0.06 to 1.0 monolayer. At low coverages, vdW-DF density functional theory calculations confirm the experimentally observed (√3 × √3)R30°-CO structure with CO at top sites. At medium coverages, the system switches to the c(4 × 2)-4CO structure with equal top and bridge site population. The next stable structure is the c(√3 × 5)rect-6CO structure with a bridge:top ratio of 1:2, followed by the c(√3 × 3)rect-4CO structure with a bridge:top ratio of 1:3. This structure corresponds to the saturation coverage under typical reaction conditions. The increase and decrease in the bridge:top ratio with coverage, from 0 to 1:1 and back to 0, is correctly predicted by vdW-DF and is driven by the change in the Pt surface charge upon CO adsorption at top and bridge sites.
中文翻译：
Pt（111）上的CO吸附：从孤立的分子到有序的高覆盖结构
一氧化碳（CO）在Pt（111）上的吸附是表面科学的领头系统，是计算催化的难题，也是催化中的模型反应步骤。虽然CO可以在Pt（111）上形成几乎无限数量的结构和覆盖率，但实验上只能观察到有限数量的有序结构。在这里，我们使用第一性原理热力学计算来评估Pt（111）上CO的数百种结构的稳定性，其覆盖范围为0.06到1.0单层。在低覆盖率下，vdW-DF密度泛函理论计算证实了实验观察到的（√3×√3）R 30°-CO结构，其中CO位于顶部。在介质覆盖范围，系统切换到Ç（4×2）-4CO结构，顶部和桥梁工地人口相等。下一个稳定的结构是桥：顶比为1：2的c（√3×5）rect-6CO结构，其次是桥：顶比为1的c（√3×3）rect-4CO结构：3。该结构对应于典型反应条件下的饱和覆盖率。vdW-DF正确地预测了桥：顶部比率随覆盖率的增加和减少，从0到1：1，然后再回到0，这是由顶部和桥梁位置吸附CO时Pt表面电荷的变化所驱动的。
更新日期：2018-09-21
中文翻译：
Pt（111）上的CO吸附：从孤立的分子到有序的高覆盖结构
一氧化碳（CO）在Pt（111）上的吸附是表面科学的领头系统，是计算催化的难题，也是催化中的模型反应步骤。虽然CO可以在Pt（111）上形成几乎无限数量的结构和覆盖率，但实验上只能观察到有限数量的有序结构。在这里，我们使用第一性原理热力学计算来评估Pt（111）上CO的数百种结构的稳定性，其覆盖范围为0.06到1.0单层。在低覆盖率下，vdW-DF密度泛函理论计算证实了实验观察到的（√3×√3）R 30°-CO结构，其中CO位于顶部。在介质覆盖范围，系统切换到Ç（4×2）-4CO结构，顶部和桥梁工地人口相等。下一个稳定的结构是桥：顶比为1：2的c（√3×5）rect-6CO结构，其次是桥：顶比为1的c（√3×3）rect-4CO结构：3。该结构对应于典型反应条件下的饱和覆盖率。vdW-DF正确地预测了桥：顶部比率随覆盖率的增加和减少，从0到1：1，然后再回到0，这是由顶部和桥梁位置吸附CO时Pt表面电荷的变化所驱动的。
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