Quantum-Chemical Modeling of Ag/CeO2 Nanoscale Catalysts

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The authors summarize results from calculations using the density functional theory for atoms and small silver clusters on surfaces of nanostructured cerium(IV) oxide, along with the adsorption and transformations of O2 and CO molecules on these systems. Stoichiometric Ce21O42, which has {100} and {111} nanofacets with adsorption centers containing four and three oxygen atoms, is used to model surfaces of cerium oxide. It is shown the O4-center is a center of the selective adsorption of metal atoms. A silver atom on an O3‑center is less stable but it shows a greater ability to activate an O2 molecule. Results from calculations on the {100} and {111} faces of Ce21O42 nanoparticles are compared to data for infinite CeO2(100) and CeO2(111) surfaces. The efficiency of Ag/Ce21O42 atomic complexes is shown in the oxidation of carbon monoxide.

About the authors

E. A. Shor

Krasnoyarsk Scientific Center, Institute of Chemistry and Chemical Technology, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: eshor1977@gmail.com
660036, Krasnoyarsk, Russia

A. M. Shor

Krasnoyarsk Scientific Center, Institute of Chemistry and Chemical Technology, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: eshor1977@gmail.com
660036, Krasnoyarsk, Russia

V. A. Nasluzov

Krasnoyarsk Scientific Center, Institute of Chemistry and Chemical Technology, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: eshor1977@gmail.com
660036, Krasnoyarsk, Russia

References

  1. Muravev V., Simons J.F.M., Parastaev A. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2022. V. 61. e202200434.
  2. Boronin A.I., Slavinskaya E.M., Figueroba A. et al. // Appl. Catal. B Env. 2021. V. 286. 119931.
  3. Grabchenko M.V., Mamontov G.V., Zaikovskii V.I. et al. // Ibid. 2020. V. 260. 118148.
  4. Kibis L.S., Svintsitskiy D.A., Kardash T.Yu. et al. // Appl. Cat. A.: Gen. 2019. V. 570. P. 51.
  5. Bera P., Patil K.C., Hegde M.S. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, V. 2. P. 3715.
  6. Guo C., Wei S., Zhou S. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces 2017. V. 9. P. 26107.
  7. Carraro F., Fapohunda A., Paganini M.C. et al. // ACS Appl. Nano Mater. 2018. V. 1. P. 1492.
  8. Fan L., Fujimoto K. // J. Catal. 1997. V. 172. P. 238.
  9. Farmer J.A., Campbell C.T. // Science. 2010. V. 329. P. 933.
  10. Spezzati G., Su Y., Hofmann J.P. et al. // ACS Catal. 2017. V. 7. P. 6887.
  11. Machida M., Murata Y., Kishikawa K. et al. // Chem. Mater. 2008. V. 20. P. 4489.
  12. Pentyala P., Deshpande P.A // Ind. Eng. Chem. Res. 2019. V. 58. P. 7964.
  13. Liberto G., Tosoni S., Cipriano L.A. et al. // Acc. Mater. Res. 2022. V. 3. P. 986.
  14. Paier J., Penschke C., Sauer J. // Chem. Rev. 2013. V. 113. P. 3949.
  15. Spezzati G., Benavidez A.D., DeLaRiva A.T. et al. // Appl. Catal. B 2019. V. 243. P. 36.
  16. Branda M.M., Ferrulo R.M., Causà M. et al. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 3716.
  17. Sun C., Li H., Chen L. // Energy Environ. Sci. 2012. V. 5. P. 8475.
  18. Bruix A., Lykhach Y., Matolínová I. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2014. V. 53. P. 10525.
  19. Figueroba A., Kovács G., Bruix A. et al. // Catal. Sci. Technol. 2016. V. 6. P. 6806.
  20. Sk M.A., Kozlov S.M., Lim K.H. et al. // J. Mater. Chem. A. 2014. V. 2. P. 18329.
  21. Kozlov S.M., Neyman K.M. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2014. V. 16. P. 7823.
  22. Bruix A., Neyman K.M. How to design models for ceria nanoparticles: challenges and strategies for describing nanostructured reducible oxides. In: Computational Modelling of Nanoparticles. Eds. S.T. Bromley, S.M. Woodley, Series: V. 12: Frontiers of Nanoscience, Oxford: Elsevier. 2019. P. 55–99.
  23. Migani A., Vaysilov G.N., Bromley S.T. et al. // J. Mater. Chem. 2011. V. 20. P. 10535.
  24. Boronat M., López-Ausens T., Corma A. // Surf. Sci. 2016. V. 648. P. 212.
  25. Kresse G. // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. P. 558.
  26. Kresse G. // Ibid. 1996. V. 54. P. 11169.
  27. Blöchl P.E. // Ibid. B. 1994. V. 50. P. 17953.
  28. Kresse G., Joubert D. // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. 1758.
  29. Rohrbach A., Hafner J., Kresse G. // J. Phys.: Condens. Matter. 2003. V. 15. P. 979.
  30. Perdew J.P., Chevary J.A., Vosko S.H. et al. // Phys. Rev. B. 1992. V. 46. P. 6671; Erratum. Phys. Rev. B. 1993. V. 48. P. 4978.
  31. Vayssilov G.N., Migani A., Neyman K. // J. Phys. Chem. C. V. 2011. V. 115 P. 16081.
  32. Bruix A., Migani A., Vayssilov G.N. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2011. V. 13. P. 11384.
  33. Migani A., Vayssilov G.N., Bromley S.T. // Chem. Comm. 2010. V. 46. P. 5936.
  34. Branda M.M., Hernández N.C., Sanz J.F. et al. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 1934.
  35. Monkhorst H.J., Pack J.D. // Phys. Rev. B. 1976. V. 13. P. 5188.
  36. Nasluzov V.A., Ivanova-Shor E.A., Shor A.M. et al. // Surf. Sci. 2019. V. 681. P. 38.
  37. Chen L.-J., Tang Y., Cui L. et al. // J. Power Sources. 2013. V. 234. P. 69.
  38. Tang Y., Zhang H., Cui L. et al. // Ibid. 2012. V. 197. P. 28.
  39. Preda G., Pacchioni G. // Catal. Today. 2011. V. 177 P. 31.
  40. Shor A.M., Laletina S.S., Ivanova-Shor E.A. et al. // Comp. Theor. Chem. 2018. V. 1144. P. 56.
  41. Klacar S., Hellman A., Panas I. et al. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 12610.
  42. Benedetti F., Luches P., Spadaro M.C. et al. // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. P. 6024.
  43. Наслузов В.А., Нейман К., Шор А.М. и др. // Ж. СФУ. Сер. Химия. 2016. Т. 9. С. 281.
  44. Zhao Y., Teng B.-T., Wen X.-D. et al. // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. P. 15986.
  45. Preda G., Migani A., Neyman K.M. et al. // Ibid. 2011. V. 115. P. 5817.
  46. Shor A.M., Laletina S.S., Ivanova-Shor E.A. et al. // Surf. Sci. 2014. V. 630. P. 265.
  47. Shimizu K., Kawachi H., Satsuma A. // Appl. Catal. B. 2010. V. 96. P. 169.
  48. Nasluzov V.A., Ivanova-Shor E.A., Shor A.M. et al. // Materials. 2021. V. 14. 6888.
  49. Hulva J., Meier M., Bliem R. et al. // Science. 2021. V. 371. P. 375.
  50. Wu Z., Li M., Overbury S.H. // J. Catal. 2012. V. 285. P. 61.
  51. Chen S., Cao T., Gao Y. et al. // J. Phys. Chem. C 2016. V. 120. P. 21472.
  52. Binet C., Badri A., Boutonnet-Kizling M. et al. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1994. V. 90. P. 1023.
  53. Kafafi Z.H., Hauge R.H., Billups W.E. et al. // Inorg. Chem. 1984. V. 23. P. 177.
  54. Vayssilov G.N., Mihaylov M., Petkov P.S. et al. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 23435.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (231KB)
Indexing metadata
3.

Download (1MB)
Indexing metadata
4.

Download (633KB)
Indexing metadata
5.

Download (816KB)
Indexing metadata
6.

Download (460KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Е.А. Шор, А.М. Шор, В.А. Наслузов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».