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Fluorine impurities at CeO2(111): Effects on oxygen vacancy formation, molecular adsorption, and surface re-oxidation

氧气 吸附 分子 解吸 化学 杂质 空位缺陷 氧化还原 兴奋剂 无机化学 物理化学 离子 化学物理 光化学 结晶学 材料科学 有机化学 光电子学
作者
Matthew J. Wolf,Jolla Kullgren,Peter Broqvist,Kersti Hermansson
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:146 (4) 被引量:20
标识
DOI:10.1063/1.4973239
摘要

We investigate the effects of anion doping with fluorine impurities on the chemistry of the CeO2 (111) facet, using the results of DFT + U calculations. We consider three prototypical processes: the formation of oxygen vacancies, the adsorption of O2 and H2O molecules, and the re-oxidation of the surface with fragments of the two molecules. We find that the first two of these processes are not strongly affected, but that the presence of F lowers the energy gained in the re-oxidation of the surface in comparison to the healing of an oxygen vacancy, by 1.47 eV in the case of O2 (provided that the F is part of a cluster) and by 0.92 eV in the case of H2O. Based on these results, we suggest that F could enhance the redox chemistry of ceria by toggling between being in the surface and on the surface, effectively facilitating the release of lattice O by acting as a “place holder” for it. Finally, we find that the desorption of F as either 12F2 or HF is energetically unfavourable, suggesting that F doped ceria should be stable in the presence of O2 and H2O.
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