Enhanced oxygen vacancy formation in ceria (111) and (110) surfaces doped with divalent cations

掺杂剂 密度泛函理论 空位缺陷 兴奋剂 混合功能 材料科学 化学物理 价(化学) 氧气 电负性 无机化学 计算化学 化学 物理化学 结晶学 有机化学 光电子学
作者
Michael Nolan
出处
期刊:Journal of Materials Chemistry [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:21 (25): 9160-9160 被引量:167
标识
DOI:10.1039/c1jm11238d
摘要

With increasing interest in new catalytic materials based on doping of cerium dioxide with other metal cations, it is necessary to have an atomic level understanding of the factors that impact on the structural and electronic properties of doped ceria as well as its reactivity. We present in this paper simulations of the ceria (111) and (110) surfaces doped with divalent cations Pd and Ni using density functional theory (DFT) corrected for on-site Coulomb interactions (DFT + U) and hybrid DFT (using the screened exchange HSE06 functional). Structural distortions due to doping are strong in both surfaces and the most stable structure for both dopants arises through compensation of the dopant +2 valence through oxygen vacancy formation. Both dopants also lower the formation energy of the active oxygen vacancy in each surface, confirming the potential for these dopants to be used in ceria based materials for catalysis or solid oxide fuel cells, where the oxygen vacancy formation energy is important. When comparing DFT + U and hybrid DFT, although the qualitative descriptions provided by both DFT approaches are similar, we do find that the energetics of oxygen vacancy formation are quantitatively different and the importance of this point is discussed.
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