Molecular adsorption of NO on a Pd₄ cluster: A density functional theory (DFT) study

Virineya Bertin^1*, Gloria del Angel,¹ Marco A. Mora,¹ Enrique Poulain,² Oscar Olvera,² and Roberto López–Rendón¹

¹ Departamento de Química, Universidad Autónoma Metropolitana–Iztapalapa. A.P. 55–534, C.P. 09340, México D.F., México. ^*Responsible author: neya@xanum.uam.mx.

² Área de Física Atómica Molecular Aplicada, Universidad Autónoma Metropolitana–Azcapotzalco. San Pablo 180. C.P. 02200, México D.F., México.

Recibido el 7 de noviembre del 2007 ]]> Aceptado el 31 de marzo del 2008

Abstract

In this work, theoretically adsorption of N, O, NO, as well as the possible spontaneous dissociation of NO on the small cluster of Pd₄ is studied. We used the theory of density functional. The main purpose is to have a reference for further study of these processes in larger clusters. It was determined the fundamental state, transition states, energies of adsorption, Mulliken transfers charges and vibration frequencies of the adsorbed species. The three species are adsorbed on Pd₄ vertices but with the bond inclined, between two atoms (bridged) and between three atoms (in a hole). Other types of energy capture presented lower adsorption, such as adsorption of NO with its bond parallel to a Pd–Pd edge. The NO dissociation in Pd₄ must be activated. The values of energies, frequency ranges and adsorption distances relate to the number of Pd atoms involved in the interaction. This work reproduced on Pd sheets results obtained by much more expensive procedures.

Keywords: NO, nanocluster, Pd₄, adsorption, DFT.

Resumen

En este trabajo se estudió teóricamente la adsorción de N, O, NO, así como la posible disociación espontánea de NO sobre el pequeño cúmulo de Pd₄. Se utilizó la teoría de funcionales de la densidad. El objetivo del trabajo es tener una referencia para estudios posteriores de estos procesos en cúmulos mayores. Se determinó el estado basal, estados de transición, energías de adsorción, transferencias de cargas de Mulliken y frecuencias de vibración de la especie adsorbida. Las tres especies se adsorben en vértices de Pd₄ pero con el enlace inclinado, entre dos átomos (en puente) y entre tres átomos (en un hueco). Otros tipos de captura presentan energía de adsorción menor, como la adsorción de NO con su enlace paralelo a una arista. Los resultados muestran que la disociación de NO en Pd₄ debe ser activada. Los valores de las energías, frecuencias y distancias de adsorción se relacionan con el número de átomos de Pd involucrados en la interacción. Este trabajo reproduce resultados obtenidos sobre láminas de Pd por procedimientos mucho más costosos.

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

Acknowledgements

This research was supported by the Universidad Autónoma Metropolitana in Mexico City. We also want to thank Dr. Ricardo Gómez for his participation in the discussions.

References

1. Nieuwenhuys, B. E. Adv. Catal. 2000, 44, 259–328.         [ Links ]

2. Illas, F.; López, N.; Ricart, J. M.; Clotet, A.; Conesa, J. C.; Fernández–García, M. J. Phys. Chem. B. 1998, 102, 8017–8023.         [ Links ]

3. Burch, R.; Daniells, S. T.; Hu, P. J. Phys. Chem. B. 1998, 102, 2902–2908.         [ Links ]

4. Hess, C.; Ozensoy, E.; Goodman, D.W. J. Phys. Chem. B. 1998, 102, 2902.         [ Links ] Hess, C.; Ozensoy, E.; Yi, Ch–W.; Goodman, D.W. J. Am. Chem. Soc 2006, 125,2988–2994.         [ Links ]

5. Wörz, A. S.; Judas, K.; Abbet, S.; Heiz, U. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 7964–7970.         [ Links ]

6. Hammer, B. J. Catal. 2001, 199, 171–176.         [ Links ]

7. Rider, K. B.; Wang, K. S.; Salmeron, M.; Somorjai, G. A. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 5588–5593.         [ Links ]

8. Zaera, F.; Wehner, S.; Gopinath, C. S.; Sales, J. L.; Gargiulo, M. V.; Zgrablich, J. A. J.Phys. Chem. B. 2001, 105, 7771–7774.         [ Links ]

9. Ueda, A.; Haruta, M. Appl. Catal. B: Environmental, 18 1998, 18, 115.         [ Links ] Ueda, A.; Haruta, M, Gold Bull. 1999, 32, 3–11.         [ Links ]

10. Burch, R.; Breen, J. P.; Meunier, F. C. Appl. Catal. B: Environmental 2002, 39, 283–303.         [ Links ]

11. Goodman, D. W. Chem. Rev. 1995, 95, 523–536.         [ Links ]

12. Eichler, A.; Hafner, J. J. Catal. 2001, 204,118–128.         [ Links ]

13. Duarte, H.A.; Salahub, D. R. Topics Catal. 1999, 9, 123–133.         [ Links ]

14. Raval, R.; Harrison, M. A.; Haq, S.; King, D. A. Surf Sci. 1993, 294, 10–20.         [ Links ]

15. Loffreda, D.; Delbecq, F.; Simon, D.; Sautet, P. J. Chem. Phys. 2001, 115, 8101–8111.         [ Links ]

16. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. B 1964, 136, B864–B871.         [ Links ] Kohn, W.; Sham, L.J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133–A1138.         [ Links ]

17. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648–5652;         [ Links ] Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B, 1988, 37, 785–789;         [ Links ] Miehlich, B.; Savin, A.; Stoll, H.; Preuss, H. Chem. Phys Lett.1989,157,200–206.         [ Links ]

18. Gaussian 03, Revision C.02, Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A.; Vreven, Jr., T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B. ; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M., Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C. ; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al–Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; González, C.; Pople, J. A. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2004.         [ Links ]

19. Hay, P. J.; Wadt, W. R. J. Chem. Phys. 1985, 82, 270–283;         [ Links ] Wadt, W. R.; Hay, P. J. J. Chem. Phys. 1985, 82, 284–298;         [ Links ] Hay, P. J.; Wadt, W. R. J. Chem. Phys. 1985, 82, 299–310.         [ Links ]

20. Christmann, K. R.; Palczewska W. in "Hydrogen Effects in Catalysis". Paál, Z.; Menon, P. G. Ed, Marcel Dekker, Inc. New York, 1988.         [ Links ]

21. Balhausen, C. J.; Gray, H. B. Molecular Orbital Theory. Benjamin, Ed. New York, 1965.         [ Links ]

22. Stirling, A.; Pápai, I.; Mink, J.; Salahub, D. R. J. Chem. Phys. 1994, 100, 2910–2922.         [ Links ]

23. Eriksson, K. B. S.; Pettersson, J. E. Phys. Scr. 1971, 3, 211–217.         [ Links ]

24. Kearns, D. R. Chem. Rev. 1971, 71, 395–427.         [ Links ]

25. Zacarías, A. G.; Castro, J. M.; Tour, J. M. Seminario. J. Phys. Chem. A, 1999, 103, 7692–7700.         [ Links ]

26. Pérez Jigato, M.; Somasundram, K.; Termath, V.; Handy, N. C.; King, D. A. Surf. Sci. 1997, 380, 83–90.         [ Links ]

27. Ozensoy, E.; Hess, C.; Goodman, D. W. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8524–8525.         [ Links ]

28. Granger, P.; Dujardin, C.; Paul, J.–F.; Leclerc, G. J. Mol. Catal. 2005, 228, 241–253.         [ Links ]

29. K. Højrup Hansen, K.; Dljivanéanin, Þ.; Hammer, B.; L¿gsgaard, E.; Besenbacher, F.; Stensgaard, I. Surf.Sci. 2002, 496, 1–9.         [ Links ]

30. Loffreda, D.; Simon, D.; Sautet, P. Chem. Phys. Lett. 1998, 291, 15–23.         [ Links ]