DFT study on the interaction of H2O and O2 with α-Fe2O3 (001) surface

吸附 分子 密度泛函理论 化学 Atom(片上系统) 氧气 光催化 曲面(拓扑) 结晶学 计算化学 物理化学 化学物理 光化学 催化作用 有机化学 几何学 嵌入式系统 计算机科学 数学
作者
Cuiting Chen,Cuihua Zhao,Xi Zhou,Jianhua Chen,Liang‐Yu Chen,Fangtiancheng Li
出处
期刊:Vacuum [Elsevier]
卷期号:188: 110164-110164 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.vacuum.2021.110164
摘要

The interactions of H2O and O2 with α-Fe2O3 (001) surface were studied using density functional theory (DFT). The surface structures of α-Fe2O3 changed a lot after H2O and O2 molecules adsorption, and the O–Fe bonds of α-Fe2O3 surface are weakened. The oxygen atom of H2O molecule are bonded to iron atom of α-Fe2O3 surface, and one H–O bond is broken to form hydroxyl group (−OH). Two oxygen atoms of O2 molecule are bonded the same iron atom of α-Fe2O3 surface. The adsorption energy of O2 on the α-Fe2O3 surface is −170 kJ/mol, which is larger than that of H2O on the α-Fe2O3 surface (−130 kJ/mol). The charge transfers occur from H2O molecule to α-Fe2O3 surface during H2O molecule adsorption, while from α-Fe2O3 surface to O2 molecule for O2 molecule adsorption. The value of charge transfer from α-Fe2O3 surface to O2 molecule (−0. 47 e) is larger than that from H2O to α-Fe2O3 surface (+0.06 e). This study provides a microcosmic explanation for the effect of H2O and O2 on α-Fe2O3 surface, and thus on the photocatalytic mechanism, which has important guiding significance for the industrial application of α-Fe2O3 as a photocatalyst.
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