Fundamental Pathways for the Adsorption and Transport of Hydrogen on TiO2 Surfaces: Origin for Effective Sensing at about Room Temperature

金红石 材料科学 吸附 纳米棒 离解(化学) 化学物理 分子 密度泛函理论 氢分子 纳米技术 化学工程 物理化学 计算化学 化学 有机化学 工程类
作者
Zhuo Wang,Xiaohong Xia,Meilan Guo,Guosheng Shao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:8 (51): 35298-35307 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsami.6b12071
摘要

Effective detection of hydrogen at lowered temperature is highly desirable in promoting safety in using this abundant gas as a clean energy source. Through first-principle calculations in the framework of density functional theory, we find that the high-energy (002) surface for rutile TiO2 is significantly more effective in adsorbing hydrogen atoms through dissociating hydrogen molecules. The pathways for the dissociation of hydrogen molecules and sequential migration of hydrogen atoms are identified through searching along various transitional states. Pathways of low potential barriers indicate promise for hydrogen sensing, even close to room temperature. This has been proven through sensors made of thin films of well-aligned rutile nanorods, wherein the high-energy (002) surface dictates the top surface of the active layer of the sensors.

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