Structural and electronic changes in Ga–In and Ga–Sn alloys on melting

掺杂剂 材料科学 密度泛函理论 从头算 化学物理 电荷密度 分子动力学 电子结构 金属 计算化学 结晶学 物理化学 兴奋剂 化学 冶金 有机化学 物理 量子力学 光电子学
作者
Charlie Ruffman,Stephanie Lambie,Krista G. Steenbergen,Nicola Gaston
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (2): 1236-1247 被引量:12
标识
DOI:10.1039/d2cp04431e
摘要

The melting behaviour of surface slabs of Ga-In and Ga-Sn is studied using periodic density functional theory and ab initio molecular dynamics. Analysis of the structure and electronics of the solid and liquid phases gives insight into the properties of these alloys, and why they may act as promising CO2 reduction catalysts. We report melting points for slabs of hexa-layer Ga-In (386 K) and Ga-Sn (349 K) that are substantially lower than the pure hexa-layer Ga system (433 K), and attribute the difference to the degree to which the dopant (In or Sn) disrupts the layered Ga network. In molecular dynamics trajectories of the liquid structures, we find that dopant tends to migrate from the centre of the slab towards the surface and accumulate there. Bader charge calculations reveal that the surface dopant atoms have increased positive charge, and density of states analyses suggest the liquid alloys maintain metallic electronic behaviour. Thus, surface In and Sn may provide good binding sites for intermediates in CO2 reduction. This work contributes to our understanding of the properties of liquid metal systems, and provides a foundation for modelling catalysis on these materials.

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