Rh1/γ-Al2O3 single-atom catalysis of O2 activation and CO oxidation: Mechanism, effects of hydration, oxidation state, and cluster size

ChemCatChem

Volumn 5, Issue 7, 2013, Pages 1811-1821

  Ghosh, Tushar K ^a   Nair, Nisanth N ^a  

^a INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY KANPUR   (India)

Author keywords

Alumina; Catalysis; CO oxidation; Molecular dynamics; Oxygen activation; Rhodium

Indexed keywords

AB-INITIO MOLECULAR DYNAMICS; CATALYTIC CYCLES; CO OXIDATION; DIFFERENTIAL REACTIVITIES; MOLECULAR LEVELS; OXIDATION STATE; OXYGEN ACTIVATIONS; SURFACE HYDRATION;

ALUMINUM; ATOMS; CATALYSIS; CATALYTIC OXIDATION; HYDRATION; MOLECULAR DYNAMICS; OXIDATION; RHODIUM;

ALUMINA;

EID: 84879714413     PISSN: 18673880     EISSN: 18673899     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/cctc.201200799     Document Type: Article

References (102)

1. G. Ertl, Angew. Chem. 2008, 120, 3578-3590; Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3524-3535.
2. M. Shelef, R. W. McCabe, Catal. Today 2000, 62, 35-50.
3. X. Cheng, Z. Shi, N. Glass, L. Zhang, J. Zhang, D. T. Song, Z. S. Liu, H. J. Wang, J. Shen, J. Power Sources 2007, 165, 739-756.
4. H. Y. Kim, H. M. Lee, G. Henkelman, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 1560-1570.
5. W. An, Y. Pei, X. C. Zeng, Nano Lett. 2008, 8, 195-202.
6. M. A. Sanchez-Castillo, C. Couto, W. B. Kim, J. A. Dumesic, Angew. Chem. 2004, 116, 1160-1162; Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 1140-1142.
7. M. Valden, X. Lai, D. W. Goodman, Science 1998, 281, 1647-1650.
8. M. Haruta, N. Yamada, T. Kobayashi, S. Iijima, J. Catal. 1989, 115, 301-309.
9. M. Haruta, S. Tsubota, T. Kobayashi, H. Kageyama, M. J. Genet, B. Delmon, J. Catal. 1993, 144, 175-192.
10. Z. P. Liu, S. J. Jenkins, D. A. King, Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 196102.
11. I. X. Green, W. J. Tang, M. Neurock, J. T. Yates, Science 2011, 333, 736-739.
12. L. M. Molina, B. Hammer, Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 206102.
13. H. Häkkinen, S. Abbet, A. Sanchez, U. Heiz, U. Landman, Angew. Chem. 2003, 115, 1335-1338; Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 1297-1300.
14. N. Lopez, T. Janssens, B. Clausen, Y. Xu, M. Mavrikakis, T. Bligaard, J. Nørskov, J. Catal. 2004, 223, 232-235.
15. Z. P. Liu, P. Hu, A. Alavi, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 14770-14779.
16. M. Comotti, W.-C. Li, B. Spliethoff, F. Schüth, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 917-924.
17. C. Xu, J. Su, X. Xu, P. Liu, H. Zhao, F. Tian, Y. Ding, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 42-43.
18. J. Guzman, B. C. Gates, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2672-2673.
19. K. Zorn, S. Giorgio, E. Halwax, C. R. Henry, H. Grönbeck, G. Rupprechter, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 1103-1111.
20. L. Q. Liu, F. Zhou, L. G. Wang, X. J. Qi, F. Shi, Y. Q. Deng, J. Catal. 2010, 274, 1-10.
21. B. L. M. Hendriksen, J. W. M. Frenken, Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 046101.
22. M. D. Ackermann, T. M. Pedersen, B. L. M. Hendriksen, O. Robach, S. C. Bobaru, I. Popa, C. Quiros, H. Kim, B. Hammer, S. Ferrer, J. W. M. Frenken, Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 255505.
23. J. Gustafson, R. Westerström, A. Resta, A. Mikkelsen, J. N. Andersen, O. Balmes, X. Torrelles, M. Schmid, P. Varga, B. Hammer, G. Kresse, C. J. Baddeley, E. Lundgren, Catal. Today 2009, 145, 227-235.
24. S. M. McClure, D. W. Goodman, Chem. Phys. Lett. 2009, 469, 1-13.
25. P. Kočí, F. Štěpánek, M. Kubíček, M. Marek, Chem. Eng. Sci. 2006, 61, 3240-3249.
26. A. D. Allian, K. Takanabe, K. L. Fujdala, X. Hao, T. J. Truex, J. Cai, C. Buda, M. Neurock, E. Iglesia, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4498-4517.
27. R. Nibbelke, M. Campman, J. Hoebink, G. Marin, J. Catal. 1997, 171, 358-373.
28. P. A. Thiel, J. T. Yates, W. H. Weinberg, Surf. Sci. 1979, 82, 22-44.
29. J. Gustafson, R. Westerström, O. Balmes, A. Resta, R. vanRijn, X. Torrelles, C. T. Herbschleb, J. W. M. Frenken, E. Lundgren, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 4580-4583.
30. J. Gustafson, R. Westerström, A. Mikkelsen, X. Torrelles, O. Balmes, N. Bovet, J. N. Andersen, C. J. Baddeley, E. Lundgren, Phys. Rev. B 2008, 78, 045423.
31. J. I. Flege, P. Sutter, Phys. Rev. B 2008, 78, 153402.
32. H. Over, Y. D. Kim, A. P. Seitsonen, S. Wendt, E. Lundgren, M. Schmid, P. Varga, A. Morgante, G. Ertl, Science 2000, 287, 1474-1476.
33. H. Over, O. Balmes, E. Lundgren, Catal. Today 2009, 145, 236-242.
34. S. H. Oh, R. M. Sinkevitch, J. Catal. 1993, 142, 254-262.
35. Y. Liu, J. M. L. F. Y. Huang, W. Z. Weng, C. R. Luo, M. L. Wang, W. S. Xia, C. J. Huang, H. L. Wan, J. Catal. 2008, 256, 192-203.
36. A. Ishikawa, E. Iglesia, J. Catal. 2007, 252, 49-56.
37. J.-D. Grunwaldt, L. Basini, B. S. Clausen, J. Catal. 2001, 200, 321-329.
38. S. S. C. Chuang, C.-D. Tan, J. Catal. 1998, 173, 95-104.
39. J. Raskó, E. Novak, F. Solymosi, Catal. Today 1996, 27, 115-121.
40. G. G. Olympiou, C. M. Kalamaras, C. D. Zeinalipour-Yazdi, A. M. Efstathiou, Catal. Today 2007, 127, 304-318.
41. T. K. Ghosh, N. N. Nair, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 15403-15409.
42. J. Singh, E. M. C. Alayon, M. Tromp, O. V. Safonova, P. Glatzel, M. Nachtegaal, R. Frahm, J. A. vanBokhoven, Angew. Chem. 2008, 120, 9400-9404; Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 9260-9264.
43. S. J. Tauster, S. C. Fung, R. T. K. Baker, J. A. Horsley, Science 1981, 211, 1121-1125.
44. Supported Metals in Catalysis (Eds.: M. Fernández-García, J.A. Anderson), Imperial College Press, London, 2005.
45. B. T. Qiao, A. Q. Wang, X. F. Yang, L. F. Allard, Z. Jiang, Y. T. Cui, J. Y. Liu, J. Li, T. Zhang, Nat. Chem. 2011, 3, 634-641.
46. Z. Huang, X. Gu, Q. Cao, P. Hu, J. Hao, J. Li, X. Tang, Angew. Chem. 2012, 124, 4274-4279; Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 4198-4203.
47. Z. Novotný, G. Argentero, Z. Wang, M. Schmid, U. Diebold, G. S. Parkinson, Phys. Rev. Lett. 2012, 108, 216103.
48. M. Ranocchiari, C. Lothschuetz, D. Grolimund, J. A. vanBokhoven, Proc. R. Soc. A-Math. Phys. Eng. Sci. 2012, 468, 1985-1999.
49. A. C. Yang, C. W. Garland, J. Phys. Chem. 1957, 61, 1504-1512.
50. C. A. Rice, S. D. Worley, C. W. Curtis, J. A. Guin, A. R. Tarrer, J. Chem. Phys. 1981, 74, 6487-6497.
51. H. F. J. Van'tBlik, J. B. A. D. VanZon, T. Huizinga, J. C. Vis, D. C. Koningsberger, R. Prins, J. Phys. Chem. 1983, 87, 2264-2267.
52. P. Basu, D. Panayotov, J. T. Yates, J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 2074-2081.
53. J. A. Anderson, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1991, 87, 3907-3911.
54. E. A. Wovchko, J. T. Yates, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 10523-10527.
55. E. A. Wovchko, J. T. Yates, Langmuir 1999, 15, 3506-3520.
56. S. H. Oh, C. C. Eickel, J. Catal. 1991, 128, 526-536.
57. V. Nehasil, I. Stara, V. Matolin, Surf. Sci. 1996, 352, 305-309.
58. M. Grass, Y. Zhang, D. Butcher, J. Park, Y. Li, H. Bluhm, K. Bratlie, T. Zhang, G. Somorjai, Angew. Chem. 2008, 120, 9025-9028; Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 8893-8896.
59. M. E. Grass, S. H. Joo, Y. W. Zhang, G. A. Somorjai, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 8616-8623.
60. D. Ligthart, R. A. vanSanten, E. J. M. Hensen, Angew. Chem. 2011, 123, 5418-5422; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 5306-5310.
61. S. H. Oh, G. B. Fisher, J. E. Carpenter, D. Goodman, J. Catal. 1986, 100, 360-376.
62. G. S. Zafiris, R. J. Gorte, J. Catal. 1993, 143, 86-91.
63. T. Bunluesin, H. Cordatos, R. Gorte, J. Catal. 1995, 157, 222-226.
64. C. Shang, Z. P. Liu, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 16989-16995.
65. J. A. vanBokhoven, C. Louis, J. T. Miller, M. Tromp, O. V. Safonova, P. Glatzel, Angew. Chem. 2006, 118, 4767-4770; Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4651-4654.
66. N. Weiher, A. M. Beesley, N. Tsapatsaris, L. Delannoy, C. Louis, J. A. vanBokhoven, S. L. M. Schroeder, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2240-2241.
67. S. Abbet, U. Heiz, H. Häkkinen, U. Landman, Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 5950-5953.
68. C. Harding, V. Habibpour, S. Kunz, A. N.-S. Farnbacher, U. Heiz, B. Yoon, U. Landman, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 538-548.
69. Z. P. Liu, X. Q. Gong, J. Kohanoff, C. Sanchez, P. Hu, Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 266102.
70. H. Y. Kim, G. Henkelman, J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 216-221.
71. M. F. Camellone, S. Fabris, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 10473-10483.
72. D. Marx, J. Hutter, AbInitio Molecular Dynamics: Basic Theory and Advanced Methods, Cambridge University Press, Cambridge, 2009.
73. M. Digne, P. Sautet, P. Raybaud, P. Euzen, H. Toulhoat, J. Catal. 2004, 226, 54-68.
74. J. Hutter etal., CPMD: An AbInitio Electronic Structure and Molecular Dynamics Program, see http://www.cpmd.org.
75. J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865; Erratum: J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1396.
76. D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 1990, 41, 7892.
77. R. Car, M. Parrinello, Phys. Rev. Lett. 1985, 55, 2471.
78. G. J. Martyna, M. L. Klein, M. Tuckermann, J. Chem. Phys. 1992, 97, 2635.
79. A. Laio, M. Parrinello, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, 99, 12562-12566.
80. M. Iannuzzi, A. Laio, M. Parrinello, Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 238302-2383024.
81. A. Barducci, M. Bonomi, M. Parrinello, WIREs Comput. Mol. Sci. 2011, 1, 826-843.
82. N. N. Nair, J. Phys. Chem. B 2011, 115, 2312-2321.
83. H. Liu, A. I. Kozlov, A. P. Kozlova, T. Shido, K. Asakura, Y. Iwasawa, J. Catal. 1999, 185, 252-264.
84. M. Okumura, J. M. Coronado, J. Soria, M. Haruta, J. C. Conesa, J. Catal. 2001, 203, 168-174.
85. J. Soria, J. M. Coronado, J. C. Conesa, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1996, 92, 1619-1626.
86. F. Morazzoni, R. Scotti, S. Volonte, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1990, 86, 1587-1591.
87. J. Soria, A. Martnez-Arias, J. Coronado, J. Conesa, Colloids Surf. A 1996, 115, 215-221.
88. Y. D. Kim, M. Fischer, G. Ganteför, Chem. Phys. Lett. 2003, 377, 170-176.
89. D. Stolcic, M. Fischer, G. Ganteför, Y. D. Kim, Q. Sun, P. Jena, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 2848-2849.
90. C. Zhang, B. Yoon, U. Landman, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2228-2229.
91. A. Gonchar, T. Risse, H.-J. Freund, L. Giordano, C. DiValentin, G. Pacchioni, Angew. Chem. 2011, 123, 2684-2687; Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 2635-2638.
92. J. F. Goellner, B. C. Gates, G. N. Vayssilov, N. Rösch, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8056-8066.
93. P. Kletnieks, A. Liang, R. Craciun, J. Ehresmann, D. Marcus, V. Bhirud, M. Klaric, M. Hayman, D. Guenther, O. Bagatchenko, D. Dixon, B. Gates, J. Haw, Chem. Eur. J. 2007, 13, 7294-7304.
94. I. Ogino, C.-Y. Chen, B. C. Gates, Dalton Trans. 2010, 39, 8423-8431.
95. H. F. J. Van'tBlik, J. B. A. D. VanZon, T. Huizinga, J. C. Vis, D. C. Koningsberger, R. Prins, J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3139-3147.
96. A. J. Liang, B. C. Gates, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 18039-18049.
97. A. J. Liang, R. Craciun, M. Chen, T. G. Kelly, P. W. Kletnieks, J. F. Haw, D. A. Dixon, B. C. Gates, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8460-8473.
98. D. Yardimci, P. Serna, B. C. Gates, ChemCatChem 2012, 4, 1547-1550.
99. G. N. Vayssilov, N. Rösch, Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 4019-4026.
100. G. N. Vayssilov, B. C. Gates, N. Rösch, Angew. Chem. 2003, 115, 1429-1432; Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 1391-1394.
101. W. A. Weber, B. C. Gates, J. Phys. Chem. B 1997, 101, 10423-10434.
102. E. A. IvanovaShor, V. A. Nasluzov, A. M. Shor, G. N. Vayssilov, N. Rösch, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 12340-12351.