First principles calculations of atomic nickel redox potentials and dimerization free energies: A study of metal nanoparticle growth

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 7, Issue 2, 2011, Pages 485-495

  Jiao, Dian ^a   Leung, Kevin ^a   Rempe, Susan B ^a   Nenoff, Tina M ^a  

^a SANDIA NATIONAL LABORATORIES   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 79951476777     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct100431m     Document Type: Article

References (124)

1. Bartolozzi, M. J. Power Sources 1989, 27, 219
2. Kongolo, K.; Mwema, M. D. Hyperfine Interact. 1998, 111, 281
3. Yamamoto, T.; Liimatainen, J.; Linden, J.; Karppinen, M.; Yamauchi, H. J. Mater. Chem. 2000, 10, 2342
4. Lovell, M. A.; Xie, C.; Xiong, S.; Markesbery, W. R. J. Alzheimer's Disease 2003, 5, 229
5. Desideri, F.; Polticelli, F.; Falconi, M.; Sette, M.; Ciriolo, M. R.; Paci, M.; Rotilio, G. Arch. Biochem. Biophys. 1993, 301, 244
6. Breitenkamp, M.; Henglein, A.; Lilie, J. Ber. Bunsen. Phys. Chem. 1976, 80, 973
7. Zhang, Z. Y.; Nenoff, T. M.; Huang, J.; Berry, D. T.; Provencio, P. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 1155
8. Zhang, Z.; Nenoff, T. M.; Leung, K.; Ferreira, S. R.; Huang, J. Y.; Berry, D. T.; Provencio, P. P.; Stumpf, R. J. Phys. Chem. C. 2010, 114, 14309.
9. Ershov, B. G.; Janata, E.; Henglein, A. J. Phys. Chem. 1994, 98, 7619
10. Belloni, J. Catal. Today 2006, 113, 141
11. Khatouri, J.; Mostavi, M.; Amblard, J.; Belloni, J. Z. Phys. D 1993, 26, S82
12. Gachard, E.; Remita, H.; Khatouri, J.; Keita, B.; Nadjo, L.; Belloni, J. New J. Chem. 1998, 1257
13. Baxendale, J. H.; Dixon, R. S. Z. Phys. Chem. (Munich) 1964, 43, 161
14. Baxendale, J. H.; Keene, J. P.; Scott, D. A. Chem. Commun. 1966, 20, 715
15. Ershov, B. G. Russ. Chem. Bull. 1999, 48, 1
16. Jacobson, D. B.; Freiser, B. S. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 27
17. Klotzbuecher, W.; Ozin, G. A. Inorg. Chem. 1977, 16, 984
18. Koretsky, G. M.; Kerns, K. P.; Nieman, G. C.; Knickelbein, M. B.; Riley, S. J. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 1997
19. Sun, Y.; Fournier, R.; Zhang, M. Phys. Rev. A 2009, 79 043202
20. Ershov, B. G.; Janata, E.; Henglein, A.; Fotjik, A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 4589
21. Janata, E.; Henglein, A.; Ershov, B. G. J. Phys. Chem. 1994, 98, 10888
22. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Chem. Phys. 2006, 125, 194101
23. Rohlfing, E. A.; Cox, D. M.; Kaldor, A. J. Phys. Chem. 1984, 88, 4497
24. Michelini, M. C.; Diez, R. P.; Jubert, A. H. Comput. Mater. Sci. 2004, 31, 292
25. Merchan, M.; Pou-Amerigo, R.; Roos, B. O. Chem. Phys. Lett. 1996, 252, 405
26. Reddy, B. V.; Nayak, S. K.; Khanna, S. N.; Rao, B. K.; Jena, P. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 1748
27. Andrés Cisneros, G.; Castro, M.; Salahub, D. R. Int. J. Quantum Chem. 1999, 75, 847
28. Knickelbein, M. B.; Yang, S.; Riley, S. J. J. Chem. Phys. 1990, 93, 94
29. Arvizu, G. L.; Calaminici, P. J. Chem. Phys. 2007, 126, 194102
30. Belloni, J.; Mostafavi, M.; Remita, H.; Marignier, J. L.; Delcourt, M. O. New J. Chem. 1998, 22, 1239
31. Henglein, A.; Meisel, D. Langmuir 1998, 14, 7392
32. Wardman, P. J. Phys. Chem. Ref. Data 1989, 18, 1637
33. Baxendale, J. H. Radiat. Res. Suppl. 1964, 4, 114
34. Noyes, R. M. J. Am. Chem. Soc. 1962, 84, 513
35. Asthagiri, D.; Pratt, L. R.; Paulaitis, M. E.; Rempe, S. B. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1285
36. Li, J.; Fisher, C. L.; Chen, J. L.; Bashford, D.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 1996, 35, 4694
37. Roy, L. E.; Jakubikova, E.; Guthrie, M. G.; Batista, E. R. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 6745
38. Galstyan, A.; Knapp, E. W. J. Comput. Chem. 2009, 30, 203
39. Tsushima, S. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 13059
40. Uudsemaa, M.; Tamm, T. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 9997
41. Jaque, P.; Marenich, A. V.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 5783
42. Baik, M.; Friesner, R. A. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 7407
43. Sabo, D.; Varma, S.; Martin, M. G.; Rempe, S. B. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 867
44. Varma, S.; Rempe, S. B. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 15405
45. Asthagiri, D.; Dixit, P. D.; Merchant, S.; Paulaitis, M.; Pratt, L. R.; Rempe, S. B.; Varma, S. Chem. Phys. Lett. 2010, 485, 1
46. Pratt, L. R.; LaViolette, R. A. Mol. Phys. 1998, 94, 909
47. Pratt, L. R.; Rempe, S. B. Simulation and Theory of Electrostatic Interactions in Solution; Pratt, L. R.; Hummer, G., Eds.; AIP: New York, 1999; pp 172 - 201.
48. Beck, T. L.; Paulaitis, M. E.; Pratt, L. R. The Potential Distribution Theorem: Models of Molecular Solutions; Cambridge University Press: New York, 2006; pp 166 - 195.
49. Pratt, L. R.; Asthagiri, D. Free Energy Calculations; Chipot, C.; Pohorille, A., Eds.; Springer-Verlag: Berlin, 2007; pp 323 - 352.
50. See, e.g.: Swift, T. J.; Connick, R. E. J. Chem. Phys. 1962, 37, 307
51. 2+ (aq) trajectory in ref 53. However, we adopted deuterium mass for protons and used a thermostat; therefore, the AIMD dynamics cannot be directly compared with experimental timescales.
52. Blumberger, J.; Sprik, M. J. Phys. Chem. B. 2004, 108, 6529
53. Blumberger, J.; Tateyama, Y.; Sprik, M. Comput. Phys. Commun. 2005, 169, 256
54. Blumberger, J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16065
55. VandeVondele, J.; Ayala, R.; Sulpizi, M.; Sprik, M. J. Electroanal. Chem. 2007, 607, 113
56. Tateyama, Y.; Blumberger, J.; Ohno, T.; Sprik, M. J. Chem. Phys. 2007, 126, 204506
57. Kollman, P. A. Chem. Rev. 1983, 93, 2395
58. Leung, K.; Rempe, S. B.; von Lilienfeld, O. A. J. Chem. Phys. 2009, 130, 204507
59. Rempe, S. B.; Leung, K. J. Chem. Phys. 2010, 133 047104
60. Rempe, S. B.; Pratt, L. R.; Hummer, G.; Kress, J. D.; Martin, R. L.; Redondo, A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 966
61. Rempe, S. B.; Pratt, L. R. Fluid Phase Equilib. 2001, 183, 121
62. Rempe, S. B.; Asthagiri, D.; Pratt, L. R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 1966
63. Varma, S.; Rempe, S. B. Biophys. J. 2007, 93, 1093
64. Varma, S.; Sabo, D.; Rempe, S. B. J. Mol. Biol. 2008, 376, 13
65. Pasquarello, A.; Petri, I.; Salmon, P. S.; Parisel, O.; Car, R.; Toth, E.; Powell, D. H.; Fischer, H. E.; Helm, L.; Merbach, A. E. Science 2001, 291, 856
66. Bernasconi, L.; Blumberger, J.; Sprik, M.; Vuilleumier, R. J. Chem. Phys. 2004, 121, 11885
67. Sherman, D. M. Geomchim. Cosmochim. Acta 2007, 71, 714
68. Schwenk, C. F.; Rode, B. M. Chem. Phys. Chem. 2003, 4, 931
69. Schwenk, C. F.; Rode, B. M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 9523
70. Blumberger, J.; Bernasconi, L.; Tavernelli, I.; Vuilleumier, R.; Sprik, M. J. Am. Soc. Chem. 2004, 126, 3928
71. Anisimov, V. I.; Zaanen, J.; Andersen, O. K. Phys. Rev. B 1991, 44, 943
72. Liechtenstein, A. I.; Anisimov, V. I.; Zaanen, J. Phys. Rev. B 1995, 52, 5467
73. The DFT+U implementation in VASP was described in: Rohrbach, A.; Hafner, J.; Kresse, G. Phys. Rev. B 2004, 69 075413
74. Kulik, H. J.; Cococcioni, M.; Scherlis, D. A.; Marzari, N. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 103001
75. Scherlis, D. A.; Cococcioni, M.; Sit, P. H. L.; Marzari, N. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 7384
76. Sit, P. H. L.; Cococcioni, M.; Marzari, N. J. Electroanal. Chem. 2007, 607, 107
77. Leung, K.; Rempe, S. B.; Schultz, P. A.; Sproviero, E. M.; Batista, V. S.; Chandross, M. E.; Medforth, C. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3659
78. Leung, K.; Medforth, C. J. J. Chem. Phys. 2007, 126 024501
79. Leung, K.; Nielsen, I. M. B.; Sai, N.; Medforth, C. J.; Shelnutt, J. A. J. Phys. Chem. A. 2010, 114, 10174.
80. Panchmatia, P. M.; Sanyal, B.; Oppeneer, P. M. Chem. Phys. 2008, 343, 47
81. Oppeneer, P. M.; Panchmatia, P. M.; Sanyal, B.; Eriksson, O.; Ali, M. E. Prog. Surf. Sci. 2009, 84, 18
82. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, N. J.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, Ö.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
83. Pople, J. A.; Head-Gordon, M.; Raghavachari, K. J. Chem. Phys. 1987, 87, 5968
84. Purvis, G. D.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1993, 76, 1910
85. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 1372
86. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648
87. Lee, C. T.; Yang, W. T.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785
88. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865
89. Stefanovich, E. V.; Truong, T. N. Chem. Phys. Lett. 1995, 244, 65
90. Ohtaki, H.; Radnai, T. Chem. Rev. 1993, 93, 1157
91. Bol, W.; Gerrits, G. J.; Panthale, C. L. J. Appl. Crystallogr. 1970, 3, 486
92. Baker, N. A.; Sept, D.; Joseph, S.; Holst, M. J.; McCammon, J. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2001, 98, 10037
93. Bank, R.; Holst, M. Soc. Ind. Appl. Math J. Sci. Comput. 2000, 22, 1411
94. Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B. 1996, 54, 11169
95. Ibid. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15.
96. Blöchl, P. E. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953 1994
97. The VASP implementation is discussed in: Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758
98. Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 10757
99. Schultz, N. E.; Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 4388 and references therein
100. Schwegler, E.; Grossman, J. C.; Gygi, F.; Galli, G. J. Chem. Phys. 2004, 121, 5400
101. Sit, P. H.-L.; Marzari, N. J. Chem. Phys. 2005, 122, 204510
102. Rempe, S. B.; Mattsson, T. R.; Leung, K. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 4685
103. Berendsen, H. J. C.; Grigera, J. R.; Straatsma, T. P. J. Phys. Chem. 1987, 91, 6269
104. Nobuyuki, O.; Christopher, S.; Sapan, A. S.; Marcos, M. G.; Axel, T. B. Proteins: Struct., Funct., Genet. 1999, 37, 641
105. Leung, K.; Marsman, M. J. Chem. Phys. 2007, 127, 154722
106. Hummer, G.; Pratt, L. R.; Garcia, A. E. J. Phys. Chem. 1996, 100, 1206
107. Hummer, G.; Pratt, L. R.; Garcia, A. E. J. Chem. Phys. 1997, 107, 9275
108. Marzari, N.; Vanderbilt, D. Phys. Rev. B 1997, 56, 12847
109. Pratt, L. R. J. Phys. Chem. 1992, 96, 25
110. Wilson, M. A.; Pohorille, A.; Pratt, L. R. J. Chem. Phys. 1989, 90, 5211
111. Wilson, M. A.; Pohorille, A.; Pratt, L. R. J. Phys. Chem. 1987, 91, 4873
112. Sokhan, V. P.; Tildesley, D. J. Mol. Phys. 1997, it, 625
113. Leung, K. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 496
114. Jackson, J. D. Classical Electrodynamics; Wiley: New York, 1999; Chapter 2.
115. Orgel, L. E. An Introduction to Transition-Metal Chemistry: Ligand-Field Theory; Methuen & Co.: London, 1960; pp 46.
116. Mulliken, R. S. J. Chem. Phys. 1955, 23, 1833
117. Stone, A. J. Chem. Phys. Lett. 1981, 83, 233
118. Zhang, F. S.; Lynden-Bell, R. M. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 185505
119. Marcus, Y. Biophys. Chem. 1994, 51, 111
120. See, e.g.: Mori-Sánchez, P.; Cohen, A. J.; Yang, W. T. J. Chem. Phys. 2006, 125, 201102
121. Sprik, M. Chem. Phys. 2000, 258, 139
122. Balabanov, N. B.; Peterson, K. A. J. Chem. Phys. 2006, 125 074110
123. Shenstone, A. G. J. Res. Natl. Bur. Stand. (U.S.) 1970, 74A, 80
124. Kelm, M.; Lilie, J.; Henglein, A.; Janata, E. J. Phys. Chem. 1974, 78, 882