New insights into the interfacial interactions of O2 and H2O molecules with PuH2 (110) and (111) surfaces from first-principles calculations

吸附 氧气 氢化物 分子 化学 氧化物 粘结长度 化学物理 物理化学 光化学 计算化学 有机化学
作者
Jingli Shi,Li Gan,Lei Wan,Tao Gao,Wenhua Luo
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:47 (86): 36593-36604 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.08.213
摘要

The interfacial reaction of highly active plutonium hydride in humid circumstance is of great interest in nuclear safe handling and storage, but it is poorly understood so far. In this paper, we first studied the O2 adsorption on (110) and (111) surfaces of PuH2 by first-principles DFT + U method. The results show that there are dissociative and non-dissociative adsorption of oxygen on the surfaces. We analyze the vibrational frequencies of non-dissociative oxygen adsorbed on the surfaces. It is found that the corresponding frequency of oxygen with bond length of 1.330–1.340 Å is 1094.8–1098.2 cm−1. The corresponding frequency of oxygen with bond length of 1.448–1.500 Å is 726.3–905.2 cm−1. It shows that non-dissociative oxygen could be considered as superoxide (O2−) or peroxide (O22−) species. In order to expound the atomistic evolution process of oxidized surface exposed to moist air or corrosive solution, the interactions between H2O molecules and the strongest oxygen adsorption structures were further explored. The results indicate that H2O molecules could dissociate into OH groups and H atoms, then they were captured to create Pu–O and H–O bonds. This work could provide new insights into the adsorption morphology of oxygen on hydride surface and the interaction between oxide/hydride interface and water.
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