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光电化学表面反应的第一性原理自由能势垒:TiO₂(110) 表面的质子提取

First-Principles Free-Energy Barriers for Photoelectrochemical Surface Reactions: Proton Abstraction at TiO_{2}(110).

作者信息

Stecher Thomas, Reuter Karsten, Oberhofer Harald

机构信息

Chair for Theoretical Chemistry and Catalysis Research Center, Technische Universität München, Lichtenbergstr. 4, 85747 Garching, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2016 Dec 30;117(27):276001. doi: 10.1103/PhysRevLett.117.276001. Epub 2016 Dec 29.

DOI:10.1103/PhysRevLett.117.276001
PMID:28084745
Abstract

We explicitly calculate the free-energy barrier for the initial proton abstraction in the water splitting reaction at rutile TiO_{2}(110) through ab initio molecular dynamics. Combining solid-state embedding, an energy based reaction coordinate and state-of-the-art free-energy reconstruction techniques renders the calculation tractable at the hybrid density-functional theory level. The obtained free-energy barrier of approximately 0.2 eV, depending slightly on the orientation of the first acceptor water molecule, suggests a hindered reaction on the pristine rutile surface.

摘要

我们通过从头算分子动力学明确计算了金红石型TiO₂(110)水分解反应中初始质子抽取的自由能垒。结合固态嵌入、基于能量的反应坐标和最先进的自由能重构技术,使得在杂化密度泛函理论水平上的计算变得可行。所获得的约0.2 eV的自由能垒,略取决于第一个受体水分子的取向,这表明在原始金红石表面上反应受到阻碍。

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