Adsorption of phosphonic acid at the tio2 anatase (101) and rutile (110) surfaces

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 113, Issue 14, 2009, Pages 5730-5740

  Luschtinetz, Regina ^a   Frenzel, Johannes ^b   Milek, Theodor ^a   Seifert, Gotthard ^a  

^a DRESDEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Germany)

^b UNIVERSITY OF CALGARY   (Canada)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ADSORPTION ENERGIES; ADSORPTION GEOMETRIES; ADSORPTION MODELS; ADSORPTION STRUCTURES; BIDENTATE COORDINATIONS; BINDING STATE; CHEMICAL SYSTEMS; DENSITY-FUNCTIONAL; DIFFERENT GEOMETRIES; MONODENTATE COMPLEXES; PHOSPHONIC ACIDS; TIGHT-BINDING CALCULATIONS; TITANIA;

BINDING ENERGY; COORDINATION REACTIONS; ORGANIC ACIDS; OXIDE MINERALS; SOLID STATE PHYSICS; SURFACES; TITANIUM DIOXIDE; TITANIUM OXIDES;

ADSORPTION;

EID: 65249138266     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp8110343     Document Type: Article

References (124)

1. Randon, J.; Paterson, R. J. Membr. Sci. 1997, 134, 219.
2. Geissler, U.; Hempel, U.; Wolf, C.; Scharnweber, D.; Worch, H.; Wenzel, K.-W. J. Biol. Mater. Res. 2000, 51, 753.
3. Oji, M. O.; Wood, J. V.; Downes, S. J. Mater. Sci.; Mater. Med. 1999, 10, 869.
4. Anselme, K.; Linez, P.; Bigerelle, M.; LeMaguer, D.; LeMaguer, A.; Hardouin, P.; Hildebrand, H. F.; Iost, A.; Leroy, J. M. Biomaterials 2000, 21, 1567.
5. Jones, F. H. Surf. Sci. Rep. 2001, 42, 75.
6. Hadjiivanov, K. I.; Klissurski, D. G. Chem. Soc. Rev. 1996, 25, 61.
7. Linsebigler, A. L.; Lu, G.; Yates, J. T. Chem. Rev. 1995, 95, 735.
8. Maillet, C.; Janvier, P.; Pipelier, M.; Praveen, T.; Andres, Y.; Bujoli, B. Chem. Mater. 2001, 13, 2879.
9. O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature (London) 1991, 353, 737.
10. Hagfeldt, A.; Grätzel, M. Chem. Rev. 1995, 95, 49.
11. Zakeeruddin, S. M.; Nazeeruddin, M. K.; Pèchy, P.; Rotzinger, F. P.; Humphry-Baker, R.; Grätzel, M.; Schklover, V.; Haibach, T. Inorg. Chem. 1997, 36, 5937.
12. Bonhote, P.; Moser, J.-E.; Humphry-Baker, R.; Vlachopoulos, N.; Zakeeruddin, S. M.; Walder, L.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121,1324.
13. Hagfeldt, A.; Grätzel, M. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 269.
14. Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338.
15. Shen, G. X.; Du, R. G.; Chen, Y. C.; Lin, C. J.; Scantlebury, D. J. Corrosion 2005, 61, 943.
16. Will, G.; Rao, J. S. S. N.; Fitzmaurice, D. J. Mater. Chem. 1999, 9, 2297.
17. Ulman, A. Chem. Rev. 1996, 96, 1533.
18. Haller, I. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 8050.
19. Stein, A.; Melde, B. J.; Schroden, R. C. Adv. Mater. 2000, 12, 1403.
20. Plueddemann, E. P. Silane Coupling Agents; Plenum Press: New York, 1991.
21. Ribot, F.; Sanchez, C. Comments Inorg. Chem. 1999, 20, 327.
22. Helmy, R.; Fadeev, A. Y. Langmuir 2002, 18, 8924.
23. Nakayama, N.; Hayashi, T. Colloids Surf., A 2008, 317, 543.
24. Nazeeruddin, M. K.; Kay, A.; Rodicio, I.; Humphry-Baker, R.; Müller, E.; Liska, P.; Vlachopoulos, N.; Grätzel, M. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 6382.
25. Shankar, K.; Mor, G. K.; Prakasam, H. E.; Varghese, O. K.; Grimes, C. A. Langmuir 2007, 23, 12445.
26. Schnadt, J.; Bruhwiler, P. A.; Patthey, L.; O'Shea, J. N.; Sodergren, S.; Odelius, M.; Ahuja, R.; Karis, O.; Bassler, M.; Persson, P.; Siegbahn, H.; Lunell, S.; Martensson, N. Nature 2002, 418, 620.
27. Weisz, A. D.; Regazzoni, A. E.; Blesa, M. A. Solid State Ionics 2001, 143, 125.
28. Weisz, A. D.; Regazzoni, A. E.; Blesa, M. A. Croat. Chem. Acta 2007, 80, 325.
29. Karunakaran, C.; Dhanalakshmi, R. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008, 92, 588.
30. Laibinis, P. E.; Hickman, J. J.; Wrighton, M. S.; Whitesides, G. M. Science 1989, 245, 845.
31. Pawsey, S.; Yach, K.; Halla, J.; Reven, L. Langmuir 2000, 16, 3294.
32. Woodward, J. T.; Ulman, A.; Schwartz, D. K. Langmuir 1996, 12, 3626.
33. Yee, C.; Kataby, G.; Ulman, A.; Prozorov, T.; White, H.; King, A.; Rafailovich, M.; Sokolov, J.; Gedanken, A. Langmuir 1999, 15, 7111.
34. van Alsten, J. G. Langmuir 1999, 15, 7605.
35. Gao, W.; Dickinson, L.; Grozinger, C.; Morin, F. G.; Reven, L. Langmuir 1997, 13, 115.
36. D'Andrea, S. C.; Fadeev, A. Y. Langmuir 2003, 19, 7904.
37. Hanson, E. L.; Schwartz, J.; Nickel, B. N.; Koch, N.; Danishman, M. F. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 16074.
38. Gao, W.; Dickinson, L.; Grozinger, C.; Morin, F. G.; Reven, L. Langmuir 1996, 12, 6429.
39. Gawalt, E. S.; Lu, G.; Bernasek, S. L.; Schwartz, J. Langmuir 1999, 15, 8929.
40. Randon, J.; Blanc, P.; Paterson, R. J. Membr. Sci. 1995, 98, 119.
41. Guerrero, G.; Mutin, P. H.; Vioux, A. Chem. Mater. 2001, 13, 4367.
42. Pawsey, S.; Yach, K.; Reven, L. Langmuir 2002, 18, 5205.
43. Adolphi, B.; Jähne, E.; Busch, G.; Cai, X. Anal. Bioanal. Chem. 2004, 379, 646.
44. Lafond, V.; Gervais, C.; Maquet, J.; Prochnow, D.; Babonneau, F.; Mutin, P. H. Chem. Mater. 2003, 15, 4098.
45. Mutin, P. H.; Lafond, V.; Popa, A. F.; Granier, M.; Markey, L.; Dereux, A. Chem. Mater. 2004, 16, 5670.
46. Gawalt, E. S.; Avaltroni, M. J.; Koch, N.; Schwartz, J. Langmuir 2001, 17, 5736.
47. Nilsing, M.; Lunell, S.; Persson, P.; Ojamäe, L. Surf. Sci. 2005, 582, 49.
48. Pèchy, P.; Rotzinger, F. P.; Nazeeruddin, M. K.; Kohle, O.; Zakeeruddin, S. M.; Humphry-Baker, R.; Grätzel, M. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1995, 65.
49. Gillaizeau-Gauthier, I.; Odobel, F.; Alebbi, M.; Argazzi, R.; Costa, E.; Bignozzi, C. A.; Meyer, G. J. Inorg. Chem. 2001, 40, 6073.
50. Bae, E.; Choi, W.; Park, J.; Shin, H. S.; Kim, S. B.; Lee, J. A. J. Phys. Chem B 2004, 108, 14093.
51. Onishi, H.; Aruga, T.; Iwasawa, Y. J. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 10460.
52. Fukui, K.; Onishi, H.; Iwasawa, Y. J. Chem. Phys. Lett. 1997, 280, 296.
53. Chambers, S. A.; Tevuthasan, S.; Kim, Y. J.; Herman, G. S.; Wang, Z.; Tober, E.; Ynzunza, R.; Morais, J.; Peden, C. H. F.; Ferris, K.; Fadley, C. S. Chem. Phys. Lett. 1997, 267, 51.
54. Kim, K. S.; Barteau, M. A. Langmuir 1988, 4, 945.
55. Onishi, H.; Aruga, T.; Iwasawa, Y. J. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 5004.
56. Hayden, B. E.; King, A.; Newton, M. A. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 203.
57. Chambers, S. A.; Henderson, M. A.; Kim, Y. J.; Thevuthasan, S. Surf. Rev. Lett. 1998, 5, 381.
58. Guti'errez-Sosa, A.; Martinez-Escolano, P.; Raza, H.; Lindsay, R.; Wincott, P. L.; Thornton, G. Surf. Sci. 2001, 471, 163.
59. Chang, Z.; Thornton, G. Surf. Sci. 2000, 462, 168.
60. Thevuthasan, S.; Herman, G. S.; Kim, Y. J.; Chambers, S. A.; Peden, C. H. F.; Wang, Z.; Ynzunza, R. X.; Tober, E. D.; Morais, J.; Fadley, C. F. Surf. Sci. 1998, 401, 261.
61. Sayago, D. I.; Polcik, M.; Lindsay, R.; Toomes, R. L.; Hoeft, J. T.; Kittel, M.; Woodruff, D. P. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 14316.
62. Wang, L.-Q.; Ferris, K. F.; Shultz, A. N.; Baer, D. R.; Engelhard, M. H. Surf. Sci. 1997, 380, 352.
63. Vittadini, A.; Selloni, A.; Rotzinger, F. P.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1300.
64. Bates, S. P.; Kresse, G.; Gillan, M. J. Surf. Sci. 1998, 409, 336.
65. Ahdjoudj, J.; Minot, C. Catal. Lett. 1997, 46, 83.
66. Käckell, P.; Terakura, K. Surf. Sci. 2000, 461, 191.
67. Käckell, P.; Terakura, K. Appl. Surf. Sci. 2000, 166, 370.
68. Nilsing, M.; Persson, P.; Lunell, S.; Ojamäe, L. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 12116.
69. Ojamäe, L.; Aulin, C.; Pedersen, H.; Käll, P.-O. J. Colloid Interface Sci. 2006, 296, 71.
70. Raghunath, P.; Lin, M. C. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 8276.
71. Pawsey, S.; McCormick, M.; Paul, S. D.; Graf, R.; Lee, Y. S.; Reven, L.; Spiess, H. W. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 4174.
72. Lafont, U.; Simonin, L.; Gaberscek, M.; Kelder, E. J. Power Sources 2007, 174, 1104.
73. Rapacioli, M.; Barthel, R.; Heine, T.; Seifert, G. J. Chem. Phys. 2007, 126, 124103.
74. Porezag, D.; Frauenheim, T.; Köhler, T.; Seifert, G.; Kaschner, R. Phys. Rev.B 1995, 51, 12947.
75. Elstner, M.; Porezag, D.; Jungnickel, G.; Elsner, J.; Haugk, M.; Frauenheim, T.; Suhai, S.; Seifert, G. Phys. Rev.B 1998, 58, 7260.
76. Seifert, G. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 5609.
77. Elstner, M.; Frauenheim, T.; McKelvey, J.; Siefert, G. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 5607; Special Section: DFTB Symposium.
78. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. 1996, 135, B864.
79. Kohn, W.; Sham, J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133.
80. Aradi, B.; Hourahine, B.; Köhler, C.; Frauenheim, T. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 5678.
81. Ceperley, D. M.; Alder, B. J. Phys. Rev. Lett. 1980, 45, 566.
82. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
83. Soler, J. M.; Artacho, E.; Gale, J. D.; Garcia, A.; Junquera, J.; Ordejon, P.; Sanchez-Portal, D. J. J. Phys.; Condens. Matter 2002, 14, 2745.
84. Köster, A. M.; Flores, R.; Geudtner, G.; Goursot, A.; Heine, T.; Patchkovskii, S.; Reveles, J. U.; Vela, A.; Salahub, D. deMon, Version 1.2, Technical Report, 2004.
85. Luschtinetz, R.; Oliveira, A. F.; Frenzel, J.; Joswig, J.-O.; Seifert, G.; Duarte, H. A. Surf. Sci. 2008, 602, 1347.
86. The DFTB parameters for the atomic pairs are available at http:// www.dftb.org and on request from the authors.
87. Frenzel, J.; Oliveira, A. F.; Heine, T.; Duarte, H. A.; Seifert, G. Z. Anorg. Allg. Chem. 2005, 631, 1267.
88. Guimaraes, L.; Enyashin, A. N.; Frenzel, J.; Heine, T.; Duarte, H. A.; Seifert, G. ACS Nano 2007, 1, 362.
89. Andersen, H. C. J. Chem. Phys. 1980, 72, 2384.
90. Diebold, U. Surf. Sci. Rep. 2003, 48, 53.
91. Ramamoorthy, M.; Vanderbilt, D.; King-Smith, R. D. Phys. Rev. B 1994, 49, 16721.
92. Pang, C. L.; Lindsay, R.; Thornton, G. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 2328.
93. Vittadini, A.; Selloni, A.; Rotzinger, F. P.; Graetzel, M. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 2954.
94. Lazzeri, M.; Vittadini, A.; Selloni, A. Phys. Rev.B 2001, 63, 155409.
95. Labat, F.; Baranek, P.; Domain, C.; Minot, C.; Adamo, C. J. Chem. Phys. 2007, 126, 154703.
96. Burdett, J. K.; Hughbanks, T.; Miller, G. J.; Richardson, J. W., Jr.; Smith, J. V. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 3639.
97. Tang, H.; Lévy, F.; Berger, H.; Schmid, P. E. Phys. Rev.B 1995, 52, 7771.
98. Yang, K.; Dai, Y.; Huang, B. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 18985.
99. Islam, M. M.; Bredow, T.; Gerson, A. Phys. Rev.B 2007, 76, 045217.
100. Mi, L.; Xu, P.; Shen, H.; Wang, P.-N.; Domain, C.; Minot, C.; Adamo, C. J. Chem. Phys. 2007, 126, 154703.
101. Cho, E.; Han, S.; Ahn, H.-S.; Lee, K.-R.; Kim, S. K.; Hwang, C. S. Phys. Rev.B 2006, 73, 193202.
102. Perdew, J. P.; Zunger, A. Phys. Rev.B. 1981, 23, 5048.
103. Becke, A. D. Phys. Rev.A 1988, 38, 3098.
104. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. C. Phys. Rev.B 1988, 785.
105. Charlton, G.; Howes, P. B.; Nicklin, C. L.; Steadman, P.; Taylor, J. S. G.; Muryn, C. A.; Harte, S. P.; Mercer, J.; McGrath, R.; Norman, D.; Turner, T. S.; Thornton, G. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 495.
106. Harrison, N. M.; Wang, X.-G.; Muscat, J.; Scheffler, M. Faraday Discuss. 1999, 114, 305.
107. Bates, S. P.; Kresse, G.; Gillan, M. J. Surf. Sci. 1997, 385, 386.
108. Oliver, P. M.; Watson, G. W.; Kelsey, E. T.; Parker, S. C. J. Mater. Chem. 1997, 7, 563.
109. Barnard, A. S.; Zapol, P. Phys. Rev.B 2004, 70, 235403.
110. Egashira, M.; Kawasumi, S.; Kagawa, S.; Seiyama, T. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1978, 51, 3144.
111. Henderson, M. A. Surf. Sci. 1996, 355, 151.
112. Henderson, M. A.; Gamble, L.; Campbell, C. T. Surf. Sci. 1994, 302, 329.
113. Brinkley, T.; Dietrich, M.; Engel, T.; Farrall, P.; Gartner, G.; Schafer, A.; Szuchmacher, A. Surf. Sci. 1998, 395, 292.
114. Henderson, M. A. Surf. Sci. Rep. 2002, 46, 1.
115. Yamamoto, S.; Bluhm, H.; Andersson, K.; Ketteler, G.; Ogasawara, H.; Salmeron, M.; Nilsson, A. J. Phys.; Condens. Matter 2008, 20, 184025.
116. Lindan, P. J. D.; Harrison, N. M.; Gillan, M. J. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 762.
117. Stefanovich, E. V.; Truong, T. N. Chem. Phys. Lett. 1999, 299, 623.
118. Schaub, R.; Thostrup, P.; Lopez, N.; Lægsgaard, E.; Stensgaard, I.; Nørskov, J. K.; Besenbacher, F. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 266104.
119. Harris, L. A.; Quong, A. A. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 086105.
120. Li, W.-K.; Gong, X.-Q.; Lu, G.; Selloni, A. J. Phys. Chem C 2008, 112, 6594.
121. Chang, J. G.; Wang, J. H.; Lin, M. C. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 6746.
122. Barteau, M. A. Chem. Rev. 1996, 96, 1413.
123. Vittadini, A.; Casarin, M.; Selloni, A. Theor. Chem. Acc. 2007, 117, 663.
124. Marcinko, S.; Fadeev, A. Y. Langmuir 2004, 20, 2270.