Termodynamické, elektronické a strukturní vlastnosti povrchů a rozhraní Cu/CeO2 počítané ab initio metodou DFT+U
Abstrakt
Termodynamické, strukturní a elektronické vlastnosti systémů Cu/CeO2 jsou počítány metodou DFT+U. Zkoumány jsou modelové systémy adatomu Cu na redukovaném i neredukovaném povrchu CeO2(111), atomu Cu substituovaném za atom Ce na stejném povrchu i rozhraní Cu(111)/CeO2(111).
Na místě kontaktu nanočástic Cu a oxidu dojde k přesunu náboje, oxidaci Cu a redukci CeO2 (vzniku iontů Ce3+). Termodynamické výpočty ukázaly, že adatomy Cu se stabilněji váží na stechiometrický povrch než v blízkosti kyslíkové vakance a to pro všechny teploty a tlaky relevantní pro katalytické aplikace.
Cu nanočástice tak nenukleují na kyslíkových vakancích na rozdíl od jiných systémů kov/oxid. V oxidujících podmínkách jsou stabilnější systémy s mědí substituovanou za atom ceru.
Cu atom v takovém systému utvoří charakteristický útvar CuO4 a umožní snadné a vratné odtržení kyslíku aniž by došlo k redukci Ce. Studium rozhraní ukázalo, že první vrstva CeO2 je redukovaná, Cu nanočástice tak nacházejí nad vrstvou složenou z iontů Ce3+.