Mn-Doped CeO2: DFT+U Study of a Catalyst for Oxidation Reactions

氧化还原 氧化态 掺杂剂 催化作用 兴奋剂 化学 空位缺陷 阳离子聚合 无机化学 萤石 离子 氧气 物理化学 结晶学 材料科学 有机化学 生物化学 光电子学
作者
Delfina García Pintos,A. Juan,Beatriz Irigoyen
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:117 (35): 18063-18073 被引量:73
标识
DOI:10.1021/jp403911b
摘要

In this work, we performed DFT+U periodic calculations to study the geometric and electronic properties of 12.5% Mn-doped CeO2 solid solution. The doping with Mn allowed some Mn2+ cations to substitute Ce4+ ions into the CeO2 lattice and thus drove the formation of a stable O-deficient bulk fluorite-type structure. The Mn-doped CeO2(1 1 1) surface, generated upon the cleavage of the O-deficient bulk, exhibits Mn cations in a (3+) oxidation state. Spin-polarized energy calculations and charge analysis also evidenced the effect of Mn-dopant in facilitating the creation of surface oxygen vacancies; which reflected in extended surface and subsurface ions relaxation and reduction of Mn atoms located on surface and inner cationic layers. Concerning the oxidation state of Ce, it remained unaltered as Ce4+ when an O atom was removed from the topmost anionic layer of the surface system. Reduction of a Ce4+ cation to Ce3+ was evidenced after the creation of a second surface O-vacancy. Our results indicate facilitated surface oxygen release, Mn3+/Mn2+ redox couples formation, and promoted anionic mobility and can help to better understand the effect of Mn in enhancing Mn-doped CeO2 catalytic performance in oxidation reactions.
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