A theoretic insight into the catalytic activity promotion of CeO2 surfaces by Mn doping

催化作用 兴奋剂 密度泛函理论 氧气 吸附 空位缺陷 氧化还原 接受者 氧化态 分子 结合能 化学 材料科学 光化学 化学物理 物理化学 无机化学 计算化学 结晶学 原子物理学 凝聚态物理 物理 有机化学 光电子学
作者
Wanglai Cen,Yue Liu,Zhongbiao Wu,Haiqiang Wang,Xiaole Weng
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (16): 5769-5769 被引量:123
标识
DOI:10.1039/c2cp00061j
摘要

In this paper, we investigated the primary reduction and oxygen replenishing processes over Mn substitutionally doped CeO2(111) surfaces by density functional theory with the on-site Coulomb correction (DFT + U). The results indicated that Mn doping could make the surface much more reducible and the adsorbed O2 could be effectively activated to form superoxo (O2−) and/or peroxo species (O22−). The Mn doping induced the Mn 3d–O 2p gap state instead of Ce 4f acting as an electrons acceptor and donor during the first oxygen vacancy formation and O2 replenishing, which helped to lower the formation energy of the first and second oxygen vacancies to −0.46 eV and 1.40 eV, respectively. In contrast, the formation energy of a single oxygen vacancy in the pure ceria surface was 2.08 eV and only peroxo species were identified as the O2 molecule adsorbed. Our work provides a theoretical and electronic insight into the catalytic redox processes of Mn doped ceria surfaces, which may help to understand the enhanced catalytic performances of MnOx–CeO2 oxides, as reported in previous experimental works.

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