Quantitative Analysis of DCET and DAT Pathways in the H/D Exchange of Aniline on Pt(111) Using D 2 O as the Deuterium Source

化学 苯胺 氢-氘交换 密度泛函理论 电子转移 定量分析(化学) 计算化学 动能 表征(材料科学) 化学动力学 反应机理 热力学 反应中间体 动力学 物理化学 过程(计算) 代表(政治) 化学反应
作者
Zhiqi Zhao,Xu Zhang,Zihao Yao,Fangjun Shao,J Wang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:130 (16): 5794-5806
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.6c01373
摘要

Hydrogen–deuterium exchange (H/D exchange) reactions, which are highly efficient isotope-labeling techniques, have become widely applied across various industries. However, the detailed reaction mechanisms have remained inadequately explored. In this study, we use density functional theory (DFT) combined with experimental characterization to investigate the deuteron-coupled electron transfer (DCET) and deuterium-atom transfer (DAT) pathways in the H/D exchange of aniline on Pt(111), utilizing D 2 O as the deuterium source. We developed both coverage-dependent and coverage-independent kinetic models to explore the impact of adsorbate–adsorbate interactions on reaction pathway selection and rate. Our results demonstrate that the coverage-dependent model provides a more accurate representation of the reaction environment. Microkinetic simulations further confirm that the process is thermodynamically driven with the deuteration predominantly occurring through the DAT pathway. Additionally, we show that the temperature plays a crucial role in accelerating the reaction rate, highlighting its significance as a key factor in controlling the reaction kinetics.
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