Adsorption, diffusion, and dissociation of molecular oxygen at defected TiO2(110): A density functional theory study

离解(化学) 密度泛函理论 氧气 吸附 化学物理 分子 化学 空位缺陷 材料科学 结晶学 计算化学 物理化学 有机化学
作者
M. D. Rasmussen,L. M. Molina,Bjørk Hammer
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:120 (2): 988-997 被引量:252
标识
DOI:10.1063/1.1631922
摘要

The properties of reduced rutile TiO2(110) surfaces, as well as the adsorption, diffusion, and dissociation of molecular oxygen are investigated by means of density functional theory. The O2 molecule is found to bind strongly to bridging oxygen vacancies, attaining a molecular state with an expanded O-O bond of 1.44 A. The molecular oxygen also binds (with somewhat shortened bond lengths) to the fivefold coordinated Ti atoms in the troughs between the bridging oxygen rows, but only when vacancies are present somewhere in the surface. In all cases, the magnetic moment of O2 is lost upon adsorption. The expanded bond lengths reveal together with inspection of electron density and electronic density of state plots that charging of the adsorbed molecular oxygen is of key importance in forming the adsorption bond. The processes of O2 diffusion from a vacancy to a trough and O2 dissociation at a vacancy are both hindered by relative large barriers. However, we find that the presence of neighboring vacancies can strongly affect the ability of O2 to dissociate. The implications of this in connection with diffusion of the bridging oxygen vacancies are discussed.
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