Predicted Oxidation of CO Catalyzed by Au Nanoclusters on a Thin Defect-Free MgO Film Supported on a Mo(100) Surface
在这里，我们展示了第一性原理研究的结果，旨在通过设计底层支持物来调节和控制金纳米团簇的催化活性。我们表明，金簇吸附在一个非常薄的（2层）无缺陷的MgO膜本身负载在Mo（100）上，可以作为CO低势垒氧化的模型催化剂。纳米团簇的涌现活性的起源是吸附的金团簇的维度交叉，从厚MgO膜上的非活性三维（3D）最佳结构，对于负载在Mo（100）上的足够薄的MgO膜（厚度小于1nm），催化活性为2D。
2011-02-15 cond-mat.mtrl-sci
CO oxidation at Pd(100): A first-principles constrained thermodynamics study
在后过渡金属表面上可能形成氧化物或薄氧化物膜（表面氧化物）最近被认为是旨在理解在技术相关的气相条件下的催化氧化反应时的基本成分。以CO在Pd（100）上的氧化为例，采用多尺度模拟方法，将密度泛函理论与热力学相结合，研究了该模型催化剂表面在各种（T，p）条件下的组成和结构.结果表明，在催化最相关的气相条件下，薄的表面氧化物是最稳定的“相”，并且该系统实际上非常接近于该氧化态和以CO覆盖的Pd（100）表面形式的还原态之间的过渡。
2007-01-31 cond-mat.mtrl-sci
First-principles thermodynamic screening approach to photo-catalytic water splitting with co-catalysts
我们调整计算氢电极的方法来明确地考虑光生电荷，并使用它来计算筛选可行的催化剂/助催化剂组合的光催化水裂解。空穴能量所需的催化剂驱动的反应被用作描述符的筛选过程。使用该协议和混合水平的密度泛函理论，我们表明，裸露的二氧化钛表面上的水氧化是牺牲更复杂的比以前认为的。这激发了对用于该半反应的合适的助催化剂的筛选，我们对Au颗粒进行了筛选，直至不可缩放的尺寸范围。我们发现，几乎所有的小Au团簇研究更适合于水的光氧化比扩展的Au（111）表面或裸露的TiO 2面。
2013-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Structure Sensitivity in Oxide Catalysis: First-Principles Kinetic Monte Carlo Simulations for CO Oxidation at RuO$_2$(111)
本文采用密度泛函理论对CO在RuO $_2$（111）面的氧化反应进行了动力学Monte Carlo研究。我们比较详细的洞察到基本过程，稳态表面覆盖率和催化活性，相当于经常研究的RuO $_2$（110）方面的模拟数据。定性的差异，确定在几乎每一个方面，从横向相互作用的结合能在不同的活性位点的基本过程的相互作用。然而，特别是在技术上相关的高温，近环境压力和近化学计量进料两个方面表现出几乎相同的催化活性。这些研究结果挑战了传统的定义结构敏感性的基础上宏观上可观察到的营业额的频率，并允许审查的适用性结构敏感性分类开发的金属氧化物催化。
2015-08-15 cond-mat.mtrl-sci
The role of metastability in enhancing water-oxidation activity
虽然亚稳态增强水氧化活性的实验报道，这种效果背后的原因仍然不清楚。我们在这里确定，使用密度泛函理论计算，析氧反应过电位的各种缺陷（001）表面的三种不同的钙钛矿材料。对于所有这三个，我们发现了一个大范围的过电位为不同的反应地点，包括过电位在顶部的活动火山。假设这些位点主导表观催化活性，这意味着当催化剂在其稳定性条件的边界下操作时出现大量几何上不同的反应位点时，它们可以导致表观活性的强烈增强。这也意味着产生各种不同反应位点的催化剂的预处理可以导致对化学稳定材料的优异催化活性。
2019-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Fluxional Behavior at the Atomic Level and its Impact on Activity: CO Oxidation over CeO$_{2}$-supported Pt Catalysts
可还原氧化物是广泛使用的催化剂载体，其可通过在金属-载体界面处转移其晶格氧来增加氧化反应速率。界面氧化过程通常用Mars-van Krevelen机理描述。然而，关于原子尺度结构和动态亚稳定性（即，流动行为）。在这里，我们采用像差校正$\textit{operando}$电子显微镜可视化的结构动力学发生在Pt/CeO $_{2}$界面附近的CO氧化过程中。有限元模拟进行开发的反应速率分析，其中原子级结构的观察直接与催化剂的营业额CO氧化的频率。我们发现，催化营业额的增加频率与动态fluxional行为，（a）不稳定的支持Pt颗粒，（b）标志着一个增强的氧空位的产生和湮灭的速度，和（c）导致增加的应变和减少的CeO $_{2}$支持的表面。总的来说，结果牵连的界面Pt-O-Ce债券锚定Pt的支持，也参与催化驱动的氧转移过程中，他们建议，氧还原发生在高度减少附近的CeO 2表面迁移到界面周边与CO反应之前。这里描述的$\textit{operando}$电子显微镜的方法应该是适用于大量的纳米粒子催化剂。这种技术将使催化功能的表面结构的识别和加强我们的能力，建立（动态）结构活性关系。
2021-04-02 cond-mat.mtrl-sci
(Electro)catalytic oxidation of sulfide and recovery of elemental sulfur from sulfide-laden streams
本文提出Mo和聚苯胺共掺杂的MnxOy/TiO2纳米管阳极，用于碱性浓缩硫化物溶液的高效稳定电化学脱硫，并通过甲苯溶解阳极表面元素硫层实现纯硫的快速回收。
2024-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles kinetic Monte Carlo simulations for heterogeneous catalysis, applied to the CO oxidation at RuO2(110)
我们描述了一个第一性原理统计力学的方法，使我们能够模拟多相催化的稳态情况。在第一步中，密度泛函理论与过渡态理论一起被用来获得所有相关的基本过程的能量。随后的统计力学的问题是解决的动力学蒙特卡罗方法，它充分占的相关性，波动和空间分布的化学品在催化剂的表面在稳态条件下。将这种方法应用于CO在RuO2（110）的催化氧化，我们确定了表面原子结构和组成的反应环境，从超高真空（UHV）的技术相关的条件下，即高达几个大气压和高温的压力。我们还计算了CO2形成率（周转频率）。结果与现有的实验数据定量一致。我们发现，该系统的高催化活性与无序的，动态的表面“相”与显着的成分波动密切相关。在这种活性状态下，催化功能是由几个基本过程的自我调节相互作用产生的。
2005-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Manganese oxide coated TiO2 nanotube-based electrode for efficient and selective electrocatalytic sulfide oxidation to colloidal sulfur
制备了MnO_2包覆的TiO_2纳米管阵列（NTA），并将其应用于硫化物的电催化氧化。通过调整电沉积工艺参数和煅烧温度，得到的涂层为MnO2或Mn2O3，形貌为棒状或针状。Ti/TiO2 NTA/MnxOy阳极的优异催化活性导致硫化物通过硫离子和锰氧化物之间的内球络合物被稳健地选择性氧化成元素硫。MnxOy在NTA内部的渗透改善了粘附性并增强了电子转移，从而使得Mn氧化物涂层能够完全且快速地电催化再氧化。在pH 8时，硫化物氧化的最终产物是胶体硫，S8，其防止阳极钝化并在随后的应用中实现稳定的（电）催化活性。这在合成电解质和实际污水中都观察到，从而证明了Ti/TiO2 NTA/MnxOy阳极在复杂废物流中氧化硫化物的效率。
2021-05-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
CO Oxidation Catalysed by Pd-based Bimetallic Nanoalloys
基于密度泛函理论的全局几何优化已被用来证明催化团簇的几何结构对Pd基纳米合金上CO氧化反应的能垒的关键影响。我们发现，反应中间体之间的巨大几何变化可能导致非常高的能量势垒，从而对整个过程是禁止的。这对新催化剂的设计和所采用的理论方法都提出了挑战。在理论方面，仔细选择所有反应中间体的几何构型对于充分描述可能的反应路径是至关重要的。从催化剂设计的角度来看，可以通过调节团簇和掺杂剂金属之间的相互作用水平来控制团簇的几何构型，以及通过在单个纳米合金颗粒中混合不同的金属而在吸附物分子和催化剂簇之间进行。我们发现，Pd $_{5}$簇中的Pd原子与单个Ag原子的取代形成Pd $_{4}$ Ag $_{1}$导致簇的CO氧化反应的催化性能的潜在改善。另一方面，一个单一的金原子不提高催化剂的性能，这是由于集群的组成金属和吸附分子之间的较弱的杂化。这种灵活性的性质的x-nanoalloy集群说明微调的可能性，这可能是用于设计新的高效催化材料。
2015-02-12 cond-mat.mtrl-sci
CO oxidation on Pd(100) at technologically relevant pressure conditions: A first-principles kinetic Monte Carlo study
近年来，氧化物的形成对过渡金属多相氧化催化活性的影响引起了热烈的讨论。在更贵的过渡金属（如Pd、Pt或Ag）上，常见的本体氧化物的低稳定性主要表明亚纳米薄氧化物膜（所谓的表面氧化物）作为潜在的候选物，其可以在代表技术氧化催化的气相条件下稳定。我们解决了这个问题的Pd（100）模型催化剂表面的第一性原理动力学蒙特卡罗（kMC）模拟，评估稳定的表征（sqrt{5} x sqrt{5}）R27表面氧化物在稳态CO氧化。我们的研究结果表明，在环境压力条件下，表面氧化物是稳定的表面CO：O2分压比附近的催化最相关的化学计量进料（p（CO）：p（O2）= 2：1）。精确的值敏感地取决于温度，使得局部压力和温度波动都可能在环境化学计量条件下的稳态操作期间引起氧化物相的连续形成和分解。
2008-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Role of charge transfer in catalytic hydrogen oxidation over platinum
电荷转移在金属表面的化学吸附和化学反应中起着核心作用。纳诺的索莫杰组织。Lett. { \bf 9}，3930（2009）已经报道了一种化学电流，即响应于在铂表面上通过$\mathrm{O_2}$将$\mathrm{H_2}$氧化成$\mathrm{H_2O}$的电荷载流子的通量。化学电流的性质在文献中一直存在争议;对反应机制的外在和内在解释都已提供。本文提出了一个图片背后的化学电流实验，这是内在的氢氧化在高温制度的机制。表面反应中间体$"\mathrm{O^-}"$、$"\mathrm{H^-}"$、$"\mathrm{OH^-}"$带负电荷，而产物$\mathrm{H_2O}$和反应物$\mathrm{H_2}$和$\mathrm{O_2}$为中性。因此，金属和反应物质之间的电荷转移是不可避免的。在解离的氧和氢吸附中电子从金属转移到界面之后，金属中的激发电子部分地由于连接不同电荷的表面物质$"\mathrm{O^-+H^-}" \rightleftarrows "\mathrm{2 e+OH^-}"$和$"\mathrm{OH^-+H^-}"\rightleftarrows "\mathrm{2 e+H_2O}"$的反应步骤中带负电荷的过渡态的衰变而产生。这些过渡态是改变带负电荷表面中间体电荷的可能的最低能量配置。特别地，$"\mathrm{O^-+H^-}" \rightle…
2016-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Surface states in bulk single crystal of topological semimetal Co$_3$Sn$_2$S$_2$ towards water oxidation
拓扑相物质的能带反转带来了奇异的物理性质，如拓扑保护表面态的出现。它们强烈地影响所研究材料的表面电子结构，并且可以作为一个很好的平台来深入了解表面反应的催化机制。在这里，我们合成了拓扑半金属Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$的高质量块体单晶。我们发现，在室温下，Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$自然地拥有拓扑半金属的能带结构。这就保证了Co原子表面态的存在。Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$大块单晶暴露出由Co原子构成的Kagome晶格，具有高的电导率。它们作为析氧过程（OER）的催化中心，由于部分填充的$e_g$轨道，使成键和电子转移更有效。该块体单晶显示出优异的OER催化性能，尽管表面积比Co基纳米结构催化剂小得多。我们的研究结果强调了裁剪拓扑非平凡的表面状态的高活性电催化剂的合理设计的重要性。
2019-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Catalyst-mediated etching of carbon nanotubes exhibiting electronic-structure insensitivity and reciprocal kinetics with growth
研究利用同位素标记量化单壁碳纳米管的催化刻蚀与生长速率，发现催化刻蚀对电子结构不敏感且与生长具互易性，为区分催化与非催化反应机理提供新视角。
2025-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Model for the catalytic oxidation of CO, including gas-phase impurities and CO desorption
本文用改进的Ziff-Gulari-Barshad模型对CO+O -> CO_2在催化剂表面上的反应进行了动力学蒙特卡罗模拟。我们的模型包括在气相中的杂质，CO解吸，和已知的修改，以消除非物理O中毒相。杂质可以在表面上吸附和解吸，但在其他方面保持惰性。在以前的工作中，不包括CO解吸[G. M. P.A. Rikvold，Phys. Rev. E，85031143（2012）]，我们发现杂质对相图具有非常独特的影响，并且大大降低了系统的反应性。如果杂质不解吸，一旦系统达到稳定状态，CO_2的产生就消失了。当允许杂质脱附时，存在CO_2反应窗口重新出现的区域，尽管大大减小。以下实验证据表明，温度的影响是至关重要的，在许多催化过程中，在这里，我们进一步分析这些影响，包括CO解吸率。我们发现，CO解吸具有平滑反应相和富CO相之间的过渡的效果，并且最重要的是，它可以通过加宽反应窗口来抵消杂质存在的负面影响，使得现在系统在整个CO压力范围内保持催化活性。
2013-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Effect of CO desorption and coadsorption with O on the phase diagram of a Ziff-Gulari-Barshad model for the catalytic oxidation of CO
本文用Ziff-Gulari-Barshad模型（ZGB-d）研究了CO + O -> CO_2反应中CO和O的共吸附效应。CO在已经被O占据的表面位置上的共吸附通过以概率p，0 <= p <= 1发生的Eley-Rideal型机制引入。我们发现，除了众所周知的消除反应状态和O中毒状态之间的二级相变的效果，共吸附步骤有很强的影响反应状态和CO中毒状态之间的过渡。这两种状态之间的共存曲线终止于解吸速率k的临界值k_c，这取决于p。我们的蒙特卡罗模拟和有限尺寸尺度分析表明，k_c随p值的增加而减小。对于p=1，似乎只有当k为零（或接近零）时，两种状态之间才会出现急剧的相变。
2009-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Effect of surface nanostructure on temperature programmed reaction spectroscopy: First-principles kinetic Monte Carlo simulations of CO oxidation at RuO2(110)
使用催化CO氧化RuO2（110）作为展示，我们采用第一性原理动力学蒙特卡罗模拟来说明程序升温反应光谱数据的复杂影响所带来的仅仅是在纳米结构表面的活性位点的位置之间的相关性。即使在没有横向相互作用的情况下，这种纳米结构本身也会引起不均匀性，这种不均匀性不能被普遍的平均场数据分析程序所掌握，从而导致对不同表面物质的反应性的错误结论。
2007-11-15 cond-mat.mtrl-sci
An atomically efficient, highly stable and redox active Ce0.5Tb0.5Ox (3% mol.)/MgO catalyst for total oxidation of methane
本文报道了一种低镧系负载量的Ce0.5Tb0.5Ox (3% mol.)/MgO催化剂，通过原子级Ce-Tb混合纳米结构及与MgO的相互作用，在甲烷完全氧化中实现了高活性、高储氧能力和优异的高温稳定性。
2024-01-25 cond-mat.mtrl-sci
First-principles statistical mechanics study of the stability of a sub-nanometer thin surface oxide in reactive environments: CO oxidation at Pd(100)
我们采用多尺度模拟的方法来研究在反应环境中的Pd（100）模型催化剂的表面结构和组成。在代表技术CO氧化的气相条件下（~1大气压，300-600 K），我们发现该系统处于稳定亚纳米薄氧化物结构或表面处的CO吸附层的边缘。在稳态操作下，这表明在表面存在或连续形成和还原氧化物补丁，这可能是理解可观察到的催化功能的关键。
2006-09-05 cond-mat.mtrl-sci
B dopant evolution in Pd catalysts after H evolution/oxidation reaction in alkaline environment
间隙掺杂剂的引入开辟了优化纳米颗粒催化活性的新途径，析氢/氧化和其它反应。在这里，我们讨论的性能增强掺杂剂，B，通过控制合成的电催化剂Pd气凝胶引入的稳定性。我们观察到显着的氢析出/氧化反应后，B的去除。从头计算结果表明，高稳定性的亚表面B在Pd的大幅降低时，H是ad/吸附在表面上，有利于其离开主机的纳米结构。亚表面B的不稳定更明显，因为更多的H占据表面位点和空的间隙位点。因此，我们证明，H2燃料/产品本身有利于电催化剂的微观结构降解和相关的活性下降。
2023-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Mixed excitonic nature in water-oxidized BiVO$_4$ surfaces with defects
本研究利用密度泛函理论和多体微扰理论，探讨了氧空位对BiVO$_4$表面水氧化电子与光学性质的影响，发现缺陷诱导的混合激子性质能改善电子传输并减少缺陷捕获。
2022-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Surface Van Hove Singularity Enabled Efficient Catalysis: The Cases of CO Oxidation and Hydrogen Evolution Reactions
表面范霍夫奇点（SVHS）是低维系统中费米能级（EF）附近的表面态，它能激发不同于体相的物理现象。本文以石墨烯/Ca 2N（Gra/Ca 2N）异质结和Pt 2 HgSe 3（001）表面上的CO氧化反应为原型，从理论上探讨了SVHS在催化中的潜在作用.结果表明，两种含SVHS的体系都可以作为电子浴促进O2的吸附和随后的CO氧化，其能垒较低，分别为0.2 ~ 0.6eV和0.6eV.重要的是，与SVHS相关的催化活性位点是明确的并且均匀地分布在整个表面平面上，这优于通常采用的缺陷或掺杂策略，并且SVHS的化学反应性也可以通过调节其相对于EF的位置而容易地调节。我们的研究证明了SVHS的使能能力，并为VHS在设计高效催化剂方面的潜在作用提供了新的物理见解。
2021-09-11 cond-mat.mtrl-sci
CO oxidation on Pd(100) vs. PdO(sqrt5xsqrt5)R27^o: First-Principles Kinetic Phase Diagrams and Bistability Conditions
我们提出了第一性原理动力学蒙特卡罗（1 p-kMC）模拟解决CO氧化反应在Pd（100）的气相条件下，从超高真空（UHV）到环境压力和高温。对于后一种技术相关的制度，关于活性表面的性质存在着长期的争论。原始金属表面、超薄（sqrt 5xsqrt 5）R27^0 PdO（101）表面氧化物和较厚的氧化物层均被认为是活性状态。我们调查这些假设与1 p-kMC模拟集中在Pd（100）表面或PdO（101）表面氧化物和有趣地获得一系列的（T，p）-条件，其中两个终端出现亚稳态。预测的双稳态机制很好地与Hendriksen及其同事实验报告的振荡行为联系在一起[Catal. Today 105，234（2005）]。在这个制度，我们发现，这两个表面终端表现出非常相似的内在反应性，这把怀疑试图分配催化功能，只有一个活性状态。
2013-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Operando Analysis of Adsorption-Limited Hydrogen Oxidation Reaction at Palladium Surfaces
本文利用流体池透射电子显微镜原位研究了Pd催化氢氧化反应，发现气体引入顺序显著影响反应速率，并通过电子衍射和DFT计算证明该反应受气体前驱体吸附过程限制，为优化水生产技术提供了纳米尺度见解。
2024-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Density functional theory study of Fe(II) adsorption and oxidation on goethite surfaces
本文采用密度泛函理论计算方法研究了Fe（II）水溶液配合物与针铁矿（α-FeOOH）表面的相互作用，包括对交换相关泛函的Hubbard U修正。使用热力学方法，我们发现，（110）和（021）表面与水溶液接触几乎是同样稳定的，尽管针铁矿晶体的明显针状形状表明这两个面的反应性明显不同。因此，我们认为，晶体各向异性可能是由于不同的生长速率，由于几乎无障碍吸附的水合离子的（021），而不是在（110）表面。没有明确的证据被发现从吸附的Fe（II）六水合络合物的无缺陷针铁矿基板的自发电子转移。因此，晶体缺陷推断，在协助这种电子转移过程中观察到在最近的实验研究中发挥重要作用。最后，针铁矿表面观察到，以提高部分氧化的吸附水溶液Fe（II）与分子氧反应后。我们建议，这种催化氧化作用产生从捐赠的电子电荷从散装氧化物的氧化剂通过共享的羟基配体锚定的Fe（II）配合物的表面上。
2009-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Composition and structure of the RuO2(110) surface in an O2 and CO environment: implications for the catalytic formation of CO2
用密度泛函理论和原子热力学方法计算了模型催化剂RuO_2（110）在O_2和CO气氛中的表面结构相图。发现反应物的吸附主要取决于气相中的温度和分压。假设稳态操作条件下的催化剂表面接近受约束的热力学平衡，我们能够合理化RuO2上CO氧化的许多实验结果（110）。我们还计算了反应途径和能垒。基于各种结果相共存条件的重要性被强调，因为这些将导致在催化剂表面的增强的动态。这样的条件可以在RuO2（110）上启动另外的动力学控制的反应机制。
2003-01-30 cond-mat.mtrl-sci
An Acetate Bound Cobalt Oxide Catalyst for Water Oxidation: Role of Monovalent Anions and Cations In Lowering Overpotential
Co（II）溶于pH 7的乙酸盐缓冲液中，由于其溶解度较高，在相同条件下的水氧化电流明显大于Co（II）溶于磷酸盐缓冲液中的水氧化电流，是一种良好的水氧化催化剂。当电沉积在ITO/FTO电极上时，其形成乙酸盐结合的基于钴（II）氧化物的材料（Co-Ac-WOC），其在pH 7缓冲溶液中在830 mV下显示出0.1 mA/cm $^{2}$的催化水氧化电流密度和在1 V下显示出1 mA/cm $^{2}$的催化水氧化电流密度。用AFM、HR-TEM和SEM（在不同时间和电沉积电位下）研究了Co-Ac-OEC的形貌。利用XPS、EDX、燃烧分析和ATR-FTIR研究了Co-Ac-OEC的化学组成，表明该材料具有CoO核，并且氯离子和乙酸根阴离子结合到Co中心。发现钠被整合在Co-Ac-WOC中。钠离子和氯离子的存在使析氧反应（OER）的起始电位相对于pH 7下的经典Co-Pi降低240 mV。较低的起始电位和较高的OER电流使Co-Ac-WOC中的交换电流密度降低至10 $^{-6.7}$，相对于Co-Pi及其衍生物中的10 $^{-8}$-10 $^{-10}$。
2014-02-22 cond-mat.mtrl-sci
A Computational Investigation of the Catalytic Properties of Graphene Oxide: Exploring Mechanisms Using DFT Methods
在这里，我们描述了一个计算研究进行的努力，以阐明背后的实验观察到的氧化石墨烯氧化物（GO）催化的氧化和水合反应的反应机制。使用苯甲醇氧化成苯甲醛作为模型反应，密度泛函理论（DFT）计算表明，该反应性源于氢原子从有机分子转移到GO表面。特别是，相邻的环氧基团装饰GO的基面开环，导致二醇的形成，然后脱水。与实验观察到的这种化学对分子氧的依赖性一致，我们的计算表明，部分还原的催化剂能够被分子氧再充电，从而允许催化剂周转。计算出无官能团的碳材料（例如石墨）具有显著更高的反应势垒，表明GO的高化学势和丰富的官能度对于所观察到的反应性是必要的。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Mechanistic Insights into Complete Methane Oxidation on Single-Atom Pd Supported by SSZ-13 Zeolite: A First-Principles Study
本文通过第一性原理计算研究SSZ-13沸石负载单原子Pd上甲烷完全氧化机理，揭示O₂辅助路径比直接脱氢更有利，并提出低能多位点路径，为设计高活性耐湿Pd-沸石催化剂提供原则。
2025-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles calculations that clarify energetics and reactions of oxygen adsorption and carbon desorption on 4H-SiC ($11\bar20$) surface
我们报告的静态和动态的第一性原理计算，提供原子的图片的氧化过程发生在（$11\bar20$）表面的4 H-SiC的初始阶段。我们的研究结果揭示了氧的吸附和碳原子的解吸的反应途径和它们相关的自由能势垒。我们发现氧吸附表现出结构的多重稳定性，并且表面桥位点是随后氧化的最稳定和关键位点。我们发现，一个接近O $_2$分子吸附，然后解离，最后迁移到这些表面桥网站的自由能垒为0.7 eV的（$11\bar20$）表面。我们还发现，一个CO分子从亚稳氧化结构解吸后，克服的自由能势垒为2.4 $\sim$ 2.6 eV，从而构成的湮灭过程中的C在氧化过程中的一个。比较了CO分子在（$11\bar20$）和（$000\bar1$）表面上的脱附结果。在（$000\bar1$）表面上发现了表面悬挂键的催化作用，导致CO脱附能的急剧降低，并且该作用的微观图像归因于从Si到C悬挂键的电子转移。本征（$11\bar20$）表面不显示这种催化效应，这是因为表面由等量的Si和C悬挂键组成，并且电子转移发生在脱附之前。
2016-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Water oxidation catalysis on reconstructed NaTaO$_3$ (001) surfaces
极性钙钛矿氧化物表面作为可能的稳定机制而经受结构重建，这改变了表面结构，从而改变了表面化学。为了研究这种效应，我们采用密度泛函理论（DFT）方法研究了NaTaO $_3$重构（001）表面上的析氧反应（OER），并与非极性（113）表面进行了比较.对于清洁的表面的重建有一个有益的影响，催化活性，降低最小的过电位从0.88 V到0.70 V，同时也改变了最活跃的反应位点从Na到Ta。在光催化条件下，Ta位点被氧吸附物覆盖，使一个晶格氧网站上的氧化钠梯田最活跃的一个非常低的过电位为0.32 V。一个替代的表面重建稳定接触水导致氧耦合机制与0.52 V的过电位。我们的研究结果表明，梯田表面重建，使新的反应途径与低过电位其不存在于其它非极性NaTaO $_3$表面上，也不存在于化学类似材料如SrTaO $_2$ N的非极性表面上。
2019-04-05 cond-mat.mtrl-sci
A Ni-Fe Layered Double Hydroxide-Carbon Nanotube Complex for Water Oxidation
用于水氧化以释放氧气的高活性、耐用且具有成本效益的电催化剂是一系列可再生能源解决方案的关键，包括水分解和可充电金属空气电池。在这里，我们报道了在轻度氧化的多壁碳纳米管上合成镍铁层状双氢氧化物纳米片。将Fe掺入到氢氧化镍中诱导形成NiFe-层状双氢氧化物。纳米片共价连接到纳米管的网络，提供了良好的电布线的纳米片。发现超薄Ni-Fe层状双氢氧化物纳米片/碳纳米管复合物表现出异常高的析氧电催化活性和稳定性，并且优于商业贵金属Ir催化剂。
2013-05-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Single Alloy Nanoparticle X-Ray Imaging during a Catalytic Reaction
活性纳米颗粒的成像是解码非均相催化剂动力学的里程碑。我们报告的小平面分辨，表面应变状态的单一PtRh合金纳米粒子SrTiO 3确定的催化反应条件下的相干X射线衍射成像。密度泛函理论计算使我们能够关联的小平面表面应变状态，其反应环境依赖的化学成分。我们发现，最初的Pt终止的纳米颗粒表面得到Rh富集CO氧化反应条件下。局部组合物是刻面取向依赖性和Rh富集是不可逆的后续CO还原。在操作条件下跟踪小平面分辨应变和组成对于合理设计具有定制活性、选择性和寿命的更有效的非均相催化剂至关重要。
2021-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence for the Active Phase of Heterogeneous Catalysts through In Situ Reaction Product Imaging and Multiscale Modeling
我们使用多尺度模型来分析激光诱导荧光（LIF）测量的CO氧化反应在Pd（100）在接近环境的反应条件。将基于密度泛函理论的活性催化剂的动力学蒙特卡罗模拟集成到反应器室内的质量传输的流体动力学模拟中，我们计算直接在催化剂表面上方的反应产物浓度。将针对不同表面模型计算的相应数据与测量的LIF信号进行比较，我们可以区分出主要激发实验测量的催化活性的信号。对于探测的CO氧化反应条件，实验活性是由于原始Pd（100），可能与表面上的其他（氧化）域共存。
2015-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Selecting between two transition states by which water oxidation intermediates on an oxide surface decay
虽然电极表面的催化机制已经提出了几十年，但产品的化学键从最初的电荷捕获中间体演变的途径尚未及时解决。在这里，我们发现了一个活性人口的电荷捕获中间体的状态，在半导体的带隙的中间，以揭示两个平行的过渡态的衰减途径的动力学。在带隙脉冲激发下从n-SrTiO 3表面光触发水氧化反应时，中间体的微秒衰减通过以下方式反映过渡态理论（TST）：（1）两种不同的反应依赖性（pH、T、离子强度和H/D交换）时间常数，（2）对每个活化屏障的初级动力学盐效应和对一个活化屏障的H/D动力学同位素效应，和（3）实际的激活势垒高度（0.4 - 0.5 eV）和TST前置因子（10^11 - 10^12 Hz）。从n-SrTiO 3中的midgap状态的光致发光揭示了依赖于反应的衰减;相同的光谱先前由我们分配到空穴捕获在平行的Ti-O（点）-Ti（桥）和垂直的Ti-O（点）（oxyl）O-站点使用原位超快振动和光学光谱。因此，这两个过渡态自然地与这些相应中间体的衰变相关联。此外，我们表明，反应条件选择两个途径之间，其中之一反映了一个不稳定的中间体面临的电解质（氧基）和其他晶格氧（桥）。总之，我们实验分离出一个重要的活化障碍水氧化，这是必要的水氧化催化剂设计高氧气周转。此外，在隔离它，我们确定O2演变在表面的竞争机制，并显示如何使用反应条件来选择它们之间。
2019-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Synergistic Effects of Phosphorus Doping and Oxygen Vacancies on Formaldehyde Oxidation over CeO$_2$(111): A First Principles Investigation
Université de Lorraine（洛林大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；LEMTA（材料力学与转化实验室）；Université de Monastir（莫纳斯特尔大学）；Faculté des Sciences de Monastir（莫纳斯特尔理学院）；Laboratoire de la matière condensée et nanosciences LR11ES40（凝聚态物质与纳米科学实验室 LR11ES40）；Laboratoire Lorrain de Chimie Moléculaire（洛林分子化学实验室）；Université Lyon 1（里昂第一大学）；IRCELYON（催化、材料和表面研究所）；UMR 5256（联合研究单位 5256）
研究磷掺杂和氧空位对CeO₂(111)上甲醛氧化的影响，用密度泛函理论模拟发现二者协同可增强HCHO吸附、降低C - H键裂解势垒、加速氧化及利于产物脱附，突出磷掺杂CeO₂(111)在低温HCHO氧化上的潜力并为催化材料设计提供见解。
2026-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Importance of the catalytic effect of the substrate in the functionality of lubricant additives: the case of MoDTC
本研究结合静态与摩擦学条件下的从头算模拟及初步实验，揭示钢表面氧化会阻碍 MoDTC 初始解离，而裸露金属基底的催化作用是形成耐久 MoS$_2$ 摩擦层、实现高效减摩的关键。
2023-04-21 cond-mat.mtrl-sci
A facile one-pot hydrothermal synthesis as an efficient method to modulate the potassium content of cryptomelane and its effects on the redox and catalytic properties
提出以高锰酸钾和乙醇为原料的一锅法水热合成策略，通过调控温度与乙醇浓度改变钾锰矿的钾含量，并揭示低钾样品在低温CO氧化中活性更高。
2024-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Syntheses of a heterogeneous catalysts using vapor phase self-assembly
第一种气相自组装表面异质催化结构是由钴5，10，15，20-四（4-氨基苯基）-21H，23H-卟啉通过酰亚胺键构建而成。这种多相催化剂具有基本的热稳定性和时间稳定性，以及在有机底物的氧化过程中的催化活性。
2005-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Re-visiting the O/Cu(111) system -- When metastable surface oxides could become an issue!
表面氧化过程对于用于甲醇合成、甲醇部分氧化或水煤气变换反应的铜基催化体系的功能至关重要。我们评估了Cu（111）表面上“8”结构（一种$|\begin{smallmatrix} 3&2\\ -1&2 \end{smallmatrix}|$氧化物相）的稳定性和布居。在X射线光电子能谱学和低能电子衍射实验中观察到这种结构，作为Cu（111）表面重构，可以由超高温氧分子束诱导。利用密度泛函理论计算结合\textit{ab initio}原子热力学和Boltzmann统计力学，我们发现所提出的氧化物超结构确实是亚稳态的，并且“8”结构的布居与已知的Cu（111）上的“29”和“44”氧化物膜结构是竞争性的。结果表明，“8”型结构的第一层和第二层中O和Cu原子的构型与Cu $_2$ O（110）的前两层中的原子排列非常相似，但“8”型结构中的原子更为狭窄. Cu $_2$ O（110）在文献中被认为是最活跃的低折射率晶面，用于光照射下的水分解等反应。如果“8”-结构在催化过程中形成，那么它可能是反应相之一。
2014-11-02 cond-mat.mtrl-sci
A criticial view on e$_g$ occupancy as a descriptor for oxygen evolution catalytic activity in LiMn$_2$O$_4$ nanoparticles
研究了LiMn $_2$ O $_4$纳米粒子的表面电子结构和组成对电催化析氧反应的影响。扫描透射电子显微镜（STEM）电子能量损失谱（EELS）研究结合基于密度泛函理论（DFT）的EEL谱的模拟揭示了原始纳米颗粒中具有降低的平均Mn氧化态和增加的Mn浓度的4 nm厚的表面层。这归因于Mn $^{2+}$部分取代Li $^+$在尖晶石晶格的四面体位点，伴随着Mn 3d-态填充八面体配位Mn。在电催化OER循环期间，该近表面四面体Mn被浸出，从而增加八面体配位Mn的氧化态。使用旋转环-盘电极（RRDE）为基础的检测O和Mn在OER过程中，我们表明，氧的释放保持不变，而Mn $^{2+}$被删除，揭示近表面四面体配位Mn对OER活性的LiMn $_2$ O $_4$没有影响。这是令人惊讶的，因为Mn在八面体位点中的e $_g$占据（其广泛用作OER活性的描述符）在循环期间在表面层中显著变化。事实上，e $_g$排空不相关的OER活动在这里表明，八面体阳离子价不是一个基本的活动措施，无论是因为活性表面状态不受四面体锰或因为其他细节的能带结构或金属-氧键合特性，更强烈地调节OER的限速步骤。
2020-07-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Oxygen-Pressure-Limited Recovery of the Hematite α-Fe$_2$O$_3$(0001) Surface from a Reduced Fe$_3$O$_4$(111)-Like Layer
CEITEC - Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（中欧技术研究所，布尔诺理工大学）；Institute of Physical Engineering, Brno University of Technology（物理工程系，布尔诺理工大学）
研究通过实时LEEM/LEED技术探讨了赤铁矿表面氧化的动力学，揭示了温度、氧分压和氧化学势对成核和生长动力学的影响，发现氧供应限制氧化速率，明确了氧可用性在表面氧化中的关键作用。
2026-05-20 cond-mat.mtrl-sci
An Atomic-Scale View of CO and H2 Oxidation on a Pt-Fe3O4 Model Catalyst
金属-载体相互作用经常被用来解释分散在可还原的金属氧化物载体上的金属纳米颗粒的增强的催化活性，但原子尺度的机制很少有人知道。在这里，我们使用扫描隧道显微镜研究Pt 1 -6/Fe 3 O 4模型催化剂暴露于CO，H2，O2，及其混合物，在550 K。CO在簇周边提取晶格氧以形成CO2，在金属氧化物表面产生大孔。H2和O2在金属簇上解离并溢出到载体上。前者产生表面羟基，其与载体反应以解吸水，而原子氧与本体中的Fe反应以产生新的Fe 3 O 4（001）岛。铂的存在是至关重要的，因为它催化已经发生在裸露的氧化铁表面上的反应，但在更高的温度下。
2017-02-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Oxophilic Silver-Based Nanoparticles with Low Pd-Au Loading for Ethanol and Glycerol Electrooxidation in Alkaline Media
University of São Paulo（圣保罗大学）；Aeronautics Technological Institute（航空技术学院）；Federal University of ABC（ABC联邦大学）
研究了氧化倾向银纳米颗粒与少量Pd和Au的电催化活性，用于碱性介质中乙醇和甘油氧化反应，发现AgPd/C和AgPdAu/C催化剂在乙醇氧化反应中表现出更小的电流密度和更负的起始电位，且具有更高的耐久性。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Role of Oxygen during Methane Oxidation on Pd$_1$/PdO$_1$@CeO$_2$ Surface: A Combined Density Functional Theory, Microkinetic, and Machine Learning Approach
本文结合DFT、微观动力学建模和SISSO机器学习方法，系统研究了氧气在Pd$_1$/PdO$_1$@CeO$_2$(111)表面甲烷氧化中的作用机制，揭示了晶格氧和吸附氧对反应活性的促进效应，并为高效Pd/CeO$_2$催化剂设计提供了理论指导。
2025-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Partial oxidation of Step-Bound Water Leads to Anomalous pH Effects on Metal Electrode Step-Edges
设计用于燃料电池和电解槽等应用的更好的多相催化剂需要从机理上理解电催化反应及其活性对操作条件（如pH）的依赖性。迄今为止，对铂表面电化学性质的意外pH依赖性的令人满意的解释仍然难以捉摸，先前的解释诉诸于多种物质的复杂共吸附，并导致有限的预测能力。这种知识差距表明，这些催化剂的基本性质尚未被理解，限制了系统的改进。在这里，我们使用密度泛函理论（DFT）分析吸附时的电荷和自由能的变化，以建立水吸附在铂阶边缘在很宽的电压范围内，包括双层区域，吸附时约0.2个电子的损失。我们将展示如何解释这种尚未报道的净表面电荷的变化，由于这种水的异常pH值的变化的氢欠电位沉积（Hupd）和零总电荷（PZTC）在已发表的实验数据中观察到的电位。水的这种部分氧化不限于铂金属台阶边缘，并且我们报道了水在常用催化金属（包括铜、银、铱和钯）的金属台阶边缘上的电荷，说明水的这种部分氧化广泛地影响金属电极的反应性。
2016-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Chemical Kinetics for Operando Electron Microscopy of Catalysts: 3D Modeling of Gas and Temperature Distributions During Catalytic Reactions
$\textit{In situ}$环境透射电子显微镜（ETEM）是观察反应条件下多相催化剂中发生的结构修饰的有力工具。然而，为了加强催化剂结构和功能之间的联系，必须进行$\textit{operando}$测量，其中同时测定反应动力学和催化剂结构。为了确定气相催化的化学动力学，有必要开发一个可靠的化学工程模型来描述ETEM单元内的催化以及热量和质量传输过程。在这里，我们建立了一个有限元模型，以确定在催化过程中的气体和温度分布在一个开放的细胞operando ETEM实验。该模型被应用到一个$SiO_2$负载Ru催化剂进行CO氧化。在25 - 350 °C的温度范围内，模拟的组成与实验测量的组成之间实现了良好的一致性。一般来说，对于较低的转化率，模拟表明，温度和气体在催化剂所在的TEM支架的热区内是相对均匀的。气体和温度的均匀性表明ETEM反应器系统的行为接近连续搅拌釜反应器的行为。大程度的气相均匀性还允许使用电子能量损失光谱法估计电池中反应物的催化转化率在10%以内。此外，研究结果表明，对于反应物转化率低于30%，可以可靠地评估在TEM网格上成像的催化剂纳米颗粒的稳态反应速率。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
CaCd$_2$P$_2$: A Visible-Light Absorbing Zintl Phosphide Stable under Photoelectrochemical Water Oxidation
University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Dartmouth College（达特茅斯学院）；Iowa State University（爱荷华州立大学）
CaCd$_2$P$_2$是一种可见光吸收的Zintl磷化物，通过光稳定化表面转化在光电化学水氧化中表现出稳定性，为低带隙半导体应用提供了新思路。
2025-09-11 cond-mat.mtrl-sci
The steady-state of heterogeneous catalysis, studied by first-principles statistical mechanics
用从头算统计力学计算了CO在RuO_2（110）上催化氧化的转化率随温度和分压的变化。用全电子密度泛函理论计算了气相分子的离解、吸附、表面扩散、表面化学反应和脱附过程。由此产生的CO2形成速率[在整个（T，p_CO，p_O2）空间]，显示原子运动和反应随时间变化的电影，从皮秒到秒，统计分析提供了对控制非均相催化和开放热力学系统的协同作用的见解。
2004-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Plasma engineered Hydroxyl Defects in NiO a DFTSupported-Spectroscopic Analysis of Oxygen Hole States and Implications for Water Oxidation
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Dutch Institute for Fundamental Energy Research（荷兰基础能源研究所）；Università degli studi di Milano（米兰大学）；Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion（马克斯·普朗克化学能转换研究所）；Diamond Light Source（钻石光源）
通过结合DFT+U计算与等离子体辅助合成，研究等离子体中O₂和H₂O对NiO薄膜中空位形成、电子结构及催化倾向的影响，揭示羟基化对NiO电子缺陷景观的调控作用。
2025-12-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tunable Catalysis of Water to Peroxide with Anionic, Cationic, and Neutral Atomic Au, Ag, Pd, Rh, and Os
利用密度泛函理论计算进行的基本阴离子、阳离子和中性原子金属预测验证了最近的发现，该发现将通过复角动量分析获得的共振和RT最小值之间的相互作用确定为纳米尺度催化的基本原子机制。在这里，我们调查的Au，Ag，Pd，Rh和Os原子系统的催化行为的优化，通过极化效应，并得出结论，阴离子原子系统是最佳的，因此理想的催化水氧化成过氧化物，与阴离子Os是最好的候选人。发现阳离子系统增加了过氧化物合成中的跃迁能垒，这可能是重要的抑制剂，在控制和调节催化。这些发现为可调催化系统的产生提供了一个基本而全面的原子理论框架。
2014-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Theory of Adsorption on Metal Substrates
内容包括：5.1引言5.2概念和定义5.3成键的紧束缚图5.4孤立吸附原子的吸附5.5碱金属吸附：传统的表面吸附图5.6置换吸附和表面合金的形成5.7 CO在过渡金属表面的吸附-简单分子吸附质的模型系统5.8共吸附[Ru（0001）上的CO加O的例子] 5.9金属表面的化学反应5.10 CO的催化氧化5.11要点概要
2000-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Bulk OsO2 Single Crystals: Superior Catalysts for Water Oxidation
Beihang University（北京航空航天大学）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）
本研究发现块体 OsO₂ 单晶体在水氧化反应中表现出优异催化性能，优于商用 RuO₂ 纳米粉，挑战了纳米尺度的普遍适用性。
2026-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Beyond the Black Box: An Interpretable Machine Learning Framework for Predicting Electronic Structure Microdescriptors and Structure-Performance Relationships in Fe-based Catalytic Systems
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
本文提出一种可解释的机器学习框架，通过SHAP分析和树形集成方法，预测铁基催化剂的电子结构微描述符及结构-性能关系，提升了催化剂筛选效率。
2026-05-09 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.chem-ph
