فهرست

بررسی جذب نیتروژن مونو اکسید روی نانو کلاسترهای Rh-Cu نشانده شده بر بستر نانو صفحه گرافن با استفاده از نظریه تابعی دانسیته

نشریه: زمستان ۱۳۹۷ - مقاله 2   صفحات :  305 تا 318



کد مقاله:
nm-478

مولفین:
آرزو قاسمی: دانشگاه سمنان - دانشکده شیمی
علی عرب: دانشگاه سمنان - دانشکده شیمی


چکیده مقاله:

ساختارهای پایدار و حالت های مختلف جذب نانوکلاسترهای RhxCu4-xx0-4 بر بستر نانو صفحه گرافن با بکارگیری نظریه تابعی دانسیته، با استفاده از تابعی هیبریدی B3PW91 مورد مطالعه قرار گرفت. سپس جذب مولکول NOروی پایدارترین ساختارهای گرافن – کلاستر بررسی شد. نتایج نشان داد که جذب کلاسترهای ترکیبی Rh-Cu روی گرافن نسبت به کلاستر خالص مس Cu4 از نظر انرژی مطلوب تر است. در حالیکه از بین کلاسترهای ترکیبی، فقط جذب کلاستر Rh3Cu روی گرافن نسبت به کلاستر خالص رودیمRh4 از نظر انرژی مطلوب تر است. در جذب NOروی همه کلاسترها، مشاهده گردید که جذب از طرف اتم نیتروژن مطلوبتر از جذب از طرف اتم اکسیژن می باشد. همچنین جذب روی اتم های رودیم مطلوبتر از جذب روی اتم های مس است. مقادیر انرژی جذبNO در محدوده -1.62 eVتا -2.63 eV بدست آمد که نشان دهنده برهمکنش قوی بین کلاستر و NO می باشد. با افزایش مقدار Rh در کلاستر، مقدار انرژی جذب NO افزایش یافته است و بیشترین مقدار انرژی جذب مربوط به کلاستر Rh4 می باشد. طول پیوند N-Oبعد از جذب روی کلاسترهای خالصRh4 وCu4 نسبت به کلاسترهای ترکیبی Rh-Cuبه مقدار بیشتری افزایش یافته است که نشان می دهد کلاسترهای خالصRh4 وCu4 نسبت به کلاسترهای ترکیبی Rh-Cuتمایل بیشتری به تفکیک NOدارند. همچنین از بین کلاسترهای ترکیبی، کلاستر Rh3Cu تمایل بیشتری به تفکیکNO دارد. بار منفی NBO روی مولکولNO بعد از جذب روی کلاسترها که نشان دهنده انتقال الکترون از کلاستر به اوربیتالهایπ 2 مولکول NO است نیز تایید کننده افزایش احتمال تفکیک پیوند N-Oمی باشد.


Article's English abstract:

The stable structures and different adsorption modes of RhxCu4-xx0-4 nanoclusters on the graphene nano sheet were studied by DFT using B3PW91 functional. Then, the adsorption of NO on the most stable structure of Graphene-Cluster was investigated. The results showed that adsorption of bimetallic Rh-Cu clusters on the graphene nano sheet was energetically more favored compared to the pure Cu4 cluster. Among bimetallic clusters, adsorption of Rh3Cu on the graphene nano sheet was energetically more favored compared to the pure Rh4 cluster. For all the studied adsorption modes of NO on the clusters, it was observed that adsorption from the nitrogen end was more favored than adsorption from the oxygen end. Also. Adsorption of NO on Rh atoms was more favored than adsorption on Cu atoms. Adsorption energies of NO were obtained in the -1.62 eV to -2.63 eV range indicating the strong interaction between NO and cluster. With increasing the amount of Rh in the cluster, the adsorption energy of NO increased in a regular trend and the maximum adsorption energy was observed for Rh4 cluster. The N-O bond length was more increased after adsorption on the pure Rh4 and Cu4 clusters compared to the bimetallic Rh-Cu clusters indicating that N-O dissociation was more likely to happen on the pure Rh4 and Cu4 clusters. Rh3Cu cluster had more tendency for N-O dissociation compared to the other bimetallic clusters. The observed negative NBO charge on NO after adsorption on the clusters indicated that electron transfer happened from the clusters to the 2π orbital of NO which confirmed the possibility of N-O dissociation.


کلید واژگان:
نظریه تابعی دانسیته، نانو کلاسترهای Rh-Cu، نانو صفحه گرافن، جذب سطحی، نیتروژن مونواکسید

English Keywords:
DFT; Rh-Cu nanoclusters; Graphene nano sheet; Adsorption; Nitrogen monoxide

منابع:

English References:
[1] M.B. Knickelbein, “Reactions of Transition Metal Clusters with Small Molecules 1,” Annual Review of Physical Chemistry, vol. 50, pp. 79-115 , 1999. [2] M. Zhou, L. Andrews, C.W. Bauschlicher, “Spectroscopic and theoretical investigations of vibrational frequencies in binary unsaturated transition-metal carbonyl cations, neutrals, and anions,” Chemical Reviews, vol. 101, pp. 1931-61, 2001. [3] M. Gajdos, J. Hafner, A. Eichler, “Ab initio density-functional study of NO on close-packed transition and noble metal surfaces: I. Molecular adsorption,” Journal of Physics: Condensed Matter, vol. 18, pp. 13-40, 2006. [4] X. L. Pan, Z. L. Fan, W. Chen, Y.J. Ding, H.Y. Luo, X.H. Bao, “Enhanced ethanol production inside carbon-nanotube reactors containing catalytic particles,” Nature Materials, vol. 6, pp. 507-511, 2007. [5] P. Serp, E. Castillejos, “Catalysis in Carbon Nanotubes,” ChemCatChem, vol. 2, pp. 41-47, 2010. [6] P. Serp, J.L. Figueiredo, Carbon Materials for Catalysis, 2009. [7] S. Peng, K. Cho, P. Qi, H. Dai, “Ab initio study of CNT NO2 gas sensor,” Chemical Physics Letters, vol. 387, pp. 271-276, 2004. [8] A. Endou, N. Ohashi, S. Takami, M. Kubo, A. Miyamoto, E. Broclawik, “The adsorption and activation properties of precious metal clusters toward NO: a density functional study,” Topics in Catalysis, vol. 11, pp. 271-278, 2000. [9] A. Arab, M. Nahali, F. Gobal, “DFT study of nitrogen monoxide adsorption and dissociation on RhCu nano clusters,” Journal of Alloys and Compounds, vol. 695, pp. 1924-1929, 2017. [10] M. Torres, F.A. Granja, L.C. Balbas, A. Vega, “Ab Initio Study of the Adsorption of NO on the Rh6 Cluster,” Journal of Physical Chemistry A, vol. 115, pp. 8350-8360, 2011. [11] R. Burch, J. P. Breen, F.C. Meunier, “A review of the selective reduction of NOx with hydrocarbons under lean-burn conditions with non-zeolitic oxide and platinum group metal catalysts,” Applied Catalysis B: Environmental, vol. 39, pp. 283-303, 2002. [12] S. Furlan, P. Giannozzi, “The interactions of nitrogen dioxide with graphene-stabilized Rh clusters: a DFT study,” Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 15, pp. 15896-904, 2013. [13] H. Xie, M. Ren, Q. Lei, W. Fang, “Nitric Oxide Adsorption and Reduction Reaction Mechanism on the Rh7 Cluster: A Density Functional Theory Study,” Journal of Physical Chemistry A, vol. 115, pp. 14203-14208, 2011. [14] D. Andrae, U. Haussermann, U. Dolg, H. Stoll, H. Preuss, “Energy-adjusted ab initio pseudopotentials for the second and third row transition elements,” Theoretica Chimica Acta, vol. 77, 123-140, 1990. [15] D. Loffreda, D. Simon, P. Sautet, “Molecular and dissociative chemisorption of NO on palladium and rhodium (100) and (111) surfaces: A density-functional periodic study,” The Journal of Chemical Physics, vol. 108, pp. 6447-6457, 1998. [16] A. Arab, F. Gobal, N. Nahali, M. Nahali, “Electronic and Structural Properties of Neutral, Anionic, and Cationic RhxCu4? x (x= 0–4) Small Clusters: A DFT Study,” Journal of Cluster Science, vol. 24, pp. 273-287, 2013. [17] M. J. Frisch, et al., Gaussian 03, Revision B. 03, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2003. [18] A.D. Becke, “A new mixing of Hartree–Fock and local density?functional theories,” The Journal of Chemical Physics, vol. 98, pp. 1372-1378, 1993. [19] J.P. Perdew, J.A. Chevary, S.H. Vosko, K.A. Jackson, M.R. Pederson, D.J. Singh, C. Fiolhais, “Atoms, molecules, solids, and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation,” Physical Review B, vol. 46, pp. 6671-6688, 1992. [20] L. Chen, A.C. Cooper, G.P. Pez, H. Cheng, “Density Functional Study of Sequential H2 Dissociative Chemisorption on a Pt6 Cluster ,” Journal of Physical Chemistry C, vol. 111, pp. 5514-5519, 2007.



فایل مقاله
تعداد بازدید: 542
تعداد دریافت فایل مقاله : 32