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

نویسندگان

دانشکده شیمی، دانشگاه سمنان، سمنان

چکیده

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.

کلیدواژه‌ها


[1] M. B. Knickelbein, “Reactions of Transition
Metal Clusters with Small Molecules 1,” Annual
Review of Physical Chemistry, 50, 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, 101, 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,
18, 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, 6, 507-511, 2007.
[5] P. Serp, E. Castillejos, “Catalysis in Carbon
Nanotubes,” ChemCatChem, 2, 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,
387, 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, 11, 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, 695, 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,
115, 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, 39, 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, 15, 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, 115,
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, 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 densityfunctional periodic study,” The Journal of Chemical
Physics, 108, 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,
24, 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, 98, 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, 46, 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, 111, 5514-5519,
2007.