Mechanistic Insights into Photocatalyzed H2 Dissociation on Au Clusters

化学 反键分子轨道 离解(化学) 化学物理 光化学 密度泛函理论 非绝热的 原子轨道 激发 电子 含时密度泛函理论 等离子体子 分子物理学 原子物理学 计算化学 物理化学 物理 绝热过程 量子力学
作者
Qisheng Wu,Linsen Zhou,George C. Schatz,Yu Zhang,Hua Guo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (30): 13090-13101 被引量:54
标识
DOI:10.1021/jacs.0c04491
摘要

Localized surface plasmon resonances (LSPRs) have attracted much recent attention for their potential in promoting chemical reactions with light. However, the mechanism of LSPR-induced chemical reactions is still not clear, even for H2 dissociation on metal nanoparticles. In this work, we investigate the mechanism for photoinduced H2 dissociation using a simple H2@Au6 model. Our time-dependent density functional theory calculations indicate that the initial excitation is largely restricted to the metal cluster, involving intraband excitation that produces hot electrons (HEs). However, diabatization via overlapping orbitals reveals two types of nested electronic states, one involving excitations of the metallic electrons, namely, the HE states, and the other concerned with charge transfer (CT) to the adsorbate antibonding σ* orbital. Dissociation of H2 thus takes place by transitions from the former to the latter. Quantum dynamics simulations on the diabatic CT states suggest rapid dissociation of H2, while no such dissociation occurs on diabatic HE states. Our research provides a clear physical picture of photoinduced H2 dissociation on Au clusters, which has important implications in plasmonic facilitated photocatalysis.
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