Ab initio study of the hydroxylated surface of amorphous silica: A representative model

Chemistry of Materials

Volumn 20, Issue 10, 2008, Pages 3336-3344

  Tielens, Frederik ^a   Gervais, Christel ^b   Lambert, Jean François ^a   Mauri, Francesco ^c   Costa, Dominique ^d  

^a UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE   (France)

^b UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE   (France)

^c UNIVERSITÉ PIERRE ET MARIE CURIE   (France)

^d PSL RESEARCH UNIVERSITY   (France)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINES; AMINO ACIDS; CHEMICAL REACTIONS; COMPUTER NETWORKS; HYDROXYLATION; MODAL ANALYSIS; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE; ORGANIC ACIDS; PIGMENTS; SILICA; SILICATE MINERALS; SILICON; SILICON COMPOUNDS; SIZE DISTRIBUTION; SULFUR COMPOUNDS; SURFACE PROPERTIES; SURFACES;

(1 1 0) SURFACE; (PL) PROPERTIES; AB INITIO STUDIES; AMERICAN CHEMICAL SOCIETY (ACS); AMORPHOUS SILICA; COMPLEX SURFACES; DFT CALCULATIONS; MODEL ACCOUNTS; ORGANIC MOLECULES; REACTIVITY (CHEMICAL); RING SIZE DISTRIBUTION; SILANOLS; VIBRATIONAL FREQUENCIES;

AMORPHOUS MATERIALS;

EID: 45749126051     PISSN: 08974756     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm8001173     Document Type: Article

References (129)

1. Bakos, T.; Rashkeev, S. N.; Pantelides, S. T. Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 055508.
2. Legrand, A. P. The Surface Properties of Silicas; Wiley: New York, 1998.
3. Iler, R. K. The Chemistry of Silicas; Wiley: New York, 1979.
4. KnozingerH. The Hydrogen Bond; North Holland: Amsterdam, 1976; Vol. 3.
5. Zhuravlev, L. T. Langmuir 1987, 3, 316.
6. Nishijima, M.; Edamoto, K.; Kubota, Y.; Tanaka, S.; Onchi, M. J. Phys. Chem. 1986, 84, 6458.
7. Bolis, V.; Fubini, B.; Marchese, L.; Martra, G.; Costa, D. J. Chem. Soc, Faraday Trans. 1991, 87, 497.
8. Sindorf, D. W.; Maciel, G. E. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 1487.
9. D'Souza, A. S.; Pantano, C. G. J. Am. Ceram. Soc. 2002, 85, 1499.
10. Wendt, S.; Frerichs, M.; Wei, T.; Chen, M. S.; Kempter, V.; Goodman, D. W. Surf. Sci. 2004, 565, 107.
11. Morrow, B. A.; McFarlan, A. J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 1395.
12. Vandervoort, P.; Gillisdhamers, I.; Vranken, K. C.; Vansant, E. F. J. Chem. Soc, Faraday Trans. 1991, 87, 3899.
13. Riegel, B.; Hartmann, I.; Kiefer, W.; Gross, J.; Fricke, J. J. Non-Cryst. Solids 1997, 211, 294.
14. Pasquarello, A.; Car, R. Phys. Rev. Lett. 1988, 80, 5145.
15. Maciel, G. E.; Sindorf, D. W. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 7606.
16. Léonardelli, S.; Facchini, L.; Fretigny, C.; Tougne, P.; Legrand, A. P. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 6412.
17. Tuel, A.; Hommel, H.; Legrand, A. P.; Kovats, E. S. Langmuir 1990, 6, 770.
18. Liu, C. C.; Maciel, G. E. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 5103.
19. Eckert, H.; Yesinowski, J. P.; Silver, L. A.; Stolper, E. M. J. Phys. Chem. 1988, 92, 2055.
20. Bronnimann, C.; Zeigler, R. C.; Maciel, G. E. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 2023.
21. Chuang, I. S.; Maciel, G. E. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 401.
22. Kinney, D. R.; Chuang, I. S.; Maciel, G. E. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6786.
23. Freude, D.; Hunger, M.; Pfeifer, H. Chem. Phys. Lett. 1982, 91, 307.
24. Haukka, S.; Lakomaa, E. L.; Root, A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 5085.
25. Shantz, D. F.; auf der Gunne, J. S.; Koller, H.; Lobo, R. F. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 6659.
26. Trebosc, J.; Wiench, J. W.; Huh, S.; Lin, V. S. Y.; Pruski, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3057.
27. Burneau, A.; Humbert, B.; Barres, O.; Gallas, J. P.; Lavalley, J. C. Adv. Chem. Ser. 1994, 234, 199. (Colloid Chemistry of Silica)
28. Morrow, B. A.; McFarlan, A. J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 1395.
29. Kennedy, G. J.; Afeworki, M.; Calabro, D. C.; Chase, C. E.; Smiley, R. J. Appl. Spectrosc. 2004, 58, 698.
30. Hartmeyer, G.; Marichal, C.; Lebeau, B.; Rigolet, S.; Caullet, P.; Hernandez, J. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 9066.
31. Shchukarev, A.; Rosenqvist, J.; Sjöberg, S. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2004, 137 (140), 171.
32. Duval, Y.; Mielczarski, J. A.; Pokrovsky, O. S.; Mielczarski, E.; Ehrhardt, J. J. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2937.
33. Chabal, Y. J.; Christman, S. B. Phys. Rev. B 1984, 29, 6974.
34. Schroeder, T.; Giorgi, J. B.; Baumer, M.; Freund, H. J. Phys. Rev. B 2002, 66, 165422.
35. Schroeder, T.; Adelt, M.; Richter, B.; Naschitzki, M.; Bäumer, M.; Freund, H. J. Surf. Rev. Lett. 2000, 7, 7.
36. Ozensoy, E.; Min, B. K.; Santra, A. K.; Goodman, D. W. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4351.
37. Chen, M. S.; Santra, A. K.; Goodman, D. W. Phys. Rev. B 2004, 69, 155404.
38. Du, M. H.; Kolchin, A.; Cheng, H. P. J. Chem. Phys. 2004, 120, 1044.
39. Sindorf, D. W.; Maciel, G. E. J. Phys. Chem. 1982, 86, 5208.
40. Xue, X.; Kanzaki, M. Phys. Chem. Miner. 1998, 26, 14.
41. Boujday, S.; Lambert, J.-F.; Che, M. ChemPhysChem 2004, 5, 1003.
42. Fisk, J. D.; Batten, R.; Jones, G.; O'Reilly, J. P.; Shaw, A. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 14475.
43. Ong, S.; Zhao, X.; Eisenthal, K. B. Chem. Phys. Lett. 1992, 191, 327.
44. Bolis, V.; Fubini, B.; Marchese, L.; G., M.; Costa, D. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991, 87, 497.
45. Takei, T.; Chikazawa, M. J. J. Colloid Interface Sci. 1998, 208, 570.
46. Fubini, B.; Bolis, V.; Cavengo, A.; Garrone, E.; Ugliengo, P. Langmuir 1993, 9, 2712.
47. Kol'tsov, S. I.; Malygin, A. A.; Volkova, A. V.; Aleskovskii, V. B. Zh. Fiz. Khim. 1973, 47, 988.
48. Boujday, S.; Lambert, J.-F.; Che, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 651.
49. Stievano, L.; Piao, L.-Y.; Lopes, I.; Meng, M.; Cota, D.; Lambert, J.-F. Eur. J. Miner. 2007, 19, 321.
50. Feuston, B. P.; Garofalini, S. H. J. Appl. Phys. 1990, 68, 4830.
51. Garofalini, S. H. Non-Cryst. Solids 1990, 120, 1.
52. Woodcock, L. V.; Angell, C. A.; Cheeseman, P. J. Chem. Phys. 1976, 65, 1565.
53. Soules, T. F. J. Chem. Phys. 1979, 71, 4570.
54. Mitra, S. K.; Amini, M.; Fincham, D.; Hockney, R. W. Philos. Mag. B 1981, 43, 365.
55. Kubicki, J. D.; Lasaga, A. C. Am. Mineral. 1988, 73, 941.
56. Bakaev, V. A.; Steele, W. A. J. Chem. Phys. 1999, 111, 9803.
57. Leed, E. A.; Pantano, C. G. J. Non-Cryst. Solids 2003, 325, 48.
58. Leed, E. A.; Sofo, J. O.; Pantano, C. G. Phys. Rev. B 2005, 72, 155427.
59. Hassanali, A. A.; Singer, S. J. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 11181.
60. Sauer, J.; Ugliengo, P.; Garonne, E.; Saunders, V. R. Chem. Rev 1994, 94, 2095.
61. Walsh, T. R.; Wilson, M.; Sutton, A. P. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9191.
62. Civalleri, B.; Garrone, E.; Ugliengo, P. Chem. Phys. Lett. 1999, 299, 443.
63. Pelmenschikov, A. G.; Morosi, G.; Gamba, A. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 1178.
64. Natal-Santiago, M. A.; Dumesic, J. A. J. Catal. 1998, 175, 252.
65. Natal-Santiago, M. A.; dePablo, J. J.; Dumesic, J. A. Catal. Lett. 1997, 47, 119.
66. Granqvist, B.; Sandberg, T.; Hotokka, M. J. Colloid Interface Sci. 2007, 310, 369.
67. Pietrzyk, P. J. Phys. Chem. B 2005, 108, 10291.
68. Lopez, N.; Illas, F.; Pacchioni, G. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 8552.
69. Costa, D.; Martra, G.; Che, M.; Manceron, L.; Kermarec, M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 7210.
70. Martra, G.; S., C.; Che, M.; Manceron, L.; Kermarec, M.; Costa, D. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 6096.
71. Bromley, S. T.; Sankar, G.; Catlow, C. R. A.; Maschmeyer, T.; Johnson, B. F. G.; Thomas, J. M. Chem. Phys. Lett. 2001, 340, 524.
72. Ustynyuk, L. Y.; Ustynyuk, Y. A.; Laikov, D. N.; Lunin, V. V. Russ. Chem. Bull. 2001, 50, 2050.
73. Tada, M.; Sasaki, T.; Shido, T.; Iwasawa, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2002, 4, 5899.
74. Tada, M.; Sasaki, T.; Iwasawa, Y. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 2918.
75. Costa, D.; Lomenech, C.; Meng, M.; Stievano, L.; Lambert, J.-F. J. Mol. Struct. (Theochem) 2007, 806, 253.
76. Lomenech, C.; Bery, G.; Costa, D.; Stievano, L.; Lambert, J.-F. PhysChemPhys 2005, 6, 1061.
77. Benoit, M.; Ispas, S.; Tuckerman, M. E. Phys. Rev. B 2001, 64, 224205.
78. Ceresoli, D.; Bernasconi, M.; Iarlori, S.; Parrinello, M.; Tosatti, E. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 3787.
79. Masini, P.; Bernasconi, M. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, 4133.
80. Sarnthein, J.; Pasquarello, A.; Car, R. Phys. Rev. B 1995, 52, 12690.
81. Van Ginhoven, R. M.; Jonsson, H.; Corrales, L. R. Phys. Rev. B 2005, 71, 024208.
82. D'Souza, A. S.; Pantano, C. G. J. Am. Ceram. Soc. 1999, 28, 1289.
83. Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B 1994, 49, 14251.
84. Kresse, G.; Furthmuller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15.
85. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
86. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1396.
87. Zhang, Y. K.; Yang, W. T. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 890.
88. Perdew, J. P.; Burke, K.; M., E. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
89. Blöchl, P. E.; Jepsen, O.; Andersen, O. K. Phys. Rev. B 1994, 49, 16223.
90. Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758.
91. Mauri, F.; Cote, M.; Yoon, Y.; Pickard, C.; Heynes, P. PARATEC (PARAllel Total Energy Code); Pfrommer, B., Raczkowski, D., Canning, A., Louie, S. G., Eds.; Lawrence Berkeley National Laboratory, www.nersc.gov/ projects/paratec.
92. Troullier, N.; Martins, J. L. Phys. Rev. B 1991, 43, 1993.
93. Kleinman, L.; Bylander, D. Phys. Rev. Lett. 1982, 48, 1425.
94. Monkhorst, H. J.; Pack, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188.
95. Pickard, C. J.; Mauri, F. Phys. Rev. B 2001, 63, 245101.
96. Gervais, C.; Profeta, M.; Lafond, V.; Bonhomme, C.; Azaïs, T.; Mutin, H.; Pickard, C. J.; Mauri, F.; Babonneau, F. Magn. Reson. Chem. 2004, 42, 445.
97. Gervais, C.; Dupree, R.; Pike, K.; Bonhomme, C.; Profeta, M.; Pickard, C. J.; Mauri, F. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 6960.
98. Tielens, F.; De Proft, F.; Geerlings, P. J. Mol. Struct. (Theochem) 2001, 542, 227.
99. Mozzi, R. L.; Warren, B. E. J. Appl. Crystallogr. 1969, 2, 164.
100. Athanasopoulos, D. C.; Garofalini, S. H. J. Chem. Phys. 1992, 97, 3775.
101. Casanovas, J.; Pacchioni, G.; Illas, F. Mater. Sci. Eng. 1999, 68, 16.
102. Tossell, J. A.; Lazzeretti, P. Chem. Phys. 1987, 112, 205.
103. Tossell, J. A.; Lazzeretti, P. Phys. Chem. Miner. 1988, 15, 564.
104. Lindsay, C. G.; Tossell, J. A. Phys. Chem. Miner. 1991, 18, 191.
105. Clark, T. M.; Grandinetti, P. J. Solid State Nucl. Magn. Reson. 2000, 16, 55.
106. Xue, X.; Kanzaki, M. Solid State Nucl. Magn. Reson. 2000, 16, 245.
107. Xue, X.; Kanzaki, M. J. Phys. Chem. B 2001, 205, 3422.
108. Farnan, I.; Grandinetti, P. J.; Baltisberger, J. H.; Stebbins, J. F.; Werner, U.; Eastman, M. A.; Pines, A. Nature 1992, 358, 31.
109. Clark, T. M.; Grandinetti, P. J. J. Phys.: Condens. Matter 2003, 15, 2387.
110. Pickard, C. J.; Mauri, F. In Calculation of NMR and EPR Parameters; Theory and Applications; Knaupp, M., Ed; Wiley-VCH: Weinheim, 2004.
111. Profeta, M.; Mauri, F.; Pickard, C. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 541.
112. Cong, X.; Kirkpatrick, R. J. J. Am. Ceram. Soc. 1996, 79, 1585.
113. van Eck, E. R. H.; Smith, M. E.; Kohn, S. C. Solid State Nucl. Magn. Reson. 1999, 15, 181.
114. Stebbins, J. F. In Mineral Physics and Crystallography, a Handbook of Phyisical Constants; Ahrens, T. J., Ed.; American Geographical Union: Washington, DC, 1995; p 303.
115. Engelhardt, G.; Roller, H. In NMR Basic Principles and Progress; Diehl, P., Fluck, E., Gunther, H., Kosfeld, R., Seeing, J., Eds.; Springer Verlag: Berlin, 1994; Vol. 33, p 30.
116. Vega, A. J.; Scherer, G. W. J. Non-Cryst. Solids 1989, 111, 153.
117. Thomas, J. M.; Klinowski, J.; Ramdas, S.; Hunter, B. K.; Tennakoom, D. T. B. Chem. Phys. Lett. 1983, 102, 18.
118. Engelhardt, G.; Radeglia, R. Chem. Phys. Lett. 1984, 708, 271.
119. Grandinetti, P. J.; Baltisberger, J. H.; Farnan, I.; Stebbins, J. F.; Werner, U.; Pines, A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 12341.
120. Bull, L. M.; Bussemer, B.; Anupold, T.; Reinold, A.; Samoson, A.; Sauer, J.; Cheetham, A. K.; Dupree, R. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4948.
121. Bull, L. M.; Cheetham, A. K.; Anupold, T.; Reinold, A.; Samoson, A.; Sauer, J.; Bussemer, B.; Lee, Y.; Gann, S.; Shore, J.; Pines, A. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 3510.
122. Delattre, L.; Babonneau, F. Chem. Mater. 1997, 9, 2385.
123. Walter, T. H.; Turner, G. L.; Oldfield, E. J. Magn. Reson. 1988, 76, 106.
124. Berglund, R. W. V. J. Chem. Phys. 1980, 73, 2037.
125. Jeffrey, A.; Yeon, Y. Acta Crystallogr., Sect. B 1986, 42, 410.
126. Gervais, C.; Coelho, G; Azaïs, T.; Maquet, J.; Laurent, G.; Pourpoint, F.; Bonhomme, C.; Florian, P.; Alonso, B.; Guerrero, G.; Mutin, P. H.; Mauri, F. J. Magn. Reson. 2007, 187, 131.
127. Murashov, V. J. Mol. Struct. (Theochem) 2003, 650, 141.
128. Tossell, J. A.; Sahai, N. Geochim. Cosmochim. Acta 2000, 64, 4097.
129. Tielens, F.; Langenaeker, W.; Geerlings, P. J. Mol. Struct. (Theochem) 2000, 496, 153.