Transition metal atoms pathways on rutile TiO2 (110) surface: Distribution of Ti3+ states and evidence of enhanced peripheral charge accumulation

Journal of Chemical Physics

Volumn 138, Issue 15, 2013, Pages

  Cai, Yongqing ^a   Bai, Zhaoqiang ^a   Chintalapati, Sandhya ^a   Zeng, Qingfeng ^b   Feng, Yuan Ping ^a  

^a NATIONAL UNIVERSITY OF SINGAPORE   (Singapore)

^b NORTHWESTERN POLYTECHNICAL UNIVERSITY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CATALYTIC APPLICATIONS; CHARGE ACCUMULATION; DENSITY FUNCTIONALS; EXCESS ELECTRONS; SPIN-POLARIZED; STABLE ADSORPTION; STOICHIOMETRIC SURFACES; TRANSITION METAL ATOMS;

ADATOMS; CHARGE TRANSFER; ELECTRONS; MONOMERS; NANOPARTICLES; NICKEL; OXIDE MINERALS; PLATINUM; SILVER; TITANIUM DIOXIDE;

ADSORPTION;

EID: 84887359879     PISSN: 00219606     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.4801025     Document Type: Article

References (131)

1. J. Taing, M. H. Cheng, and J. C. Hemminger, ACS Nano 5, 6325 (2011).
2. C. L. Muhich, Y. Zhou, A. M. Holder, A.W.Weimer, and C. B. Musgrave, J. Phys. Chem. C 116, 10138 (2012).
3. M. Nishikawa, Y. Mitani, and Y. Nosaka, J. Phys. Chem. C 116, 14900 (2012).
4. W.-J. An, W.-N. Wang, B. Ramalingam, S. Mukherjee, B. Daubayev, S. Gangopadhyay, and P. Biswas, Langmuir 28, 7528 (2012).
5. S. Ren, R. Tiruvalam, Q. He, N. Dimitratos, L. Kesavan, C. Hammond, J. A. Lopez-Sanchez, R. Bechstein, C. J. Kiely, G. J. Hutchings, and F. Besenbacher, ACS Nano 6, 6284 (2012).
6. K. Mitsuhara, M. Tagami, T. Matsuda, A. Visikovskiy, M. Takizawa, and Y. Kido, J. Chem. Phys. 136, 124303 (2012).
7. M. A. Newton, C. Belver-Coldeira, A. Martínez-Arias, and M. Fernández-García, Nature Mater. 6, 528 (2007).
8. M. Ni, M. K. H. Leung, D. Y. C. Leung, and K. Sumathy, Renewable Sustainable Energy Rev. 11, 401 (2007).
9. W.-N. Wang, W.-J. An, B. Ramalingam, S. Mukherjee, D. M. Niedzwiedzki, S. Gangopadhyay, and P. Biswas, J. Am. Chem. Soc. 134, 11276 (2012).
10. M. Shekhar, J. Wang, W.-S. Lee, W. D. Williams, S. M. Kim, E. A. Stach, J. T. Miller, W. N. Delgass, and F. H. Ribeiro, J. Am. Chem. Soc. 134, 4700 (2012).
11. M. Valden, X. Lai, and D. W. Goodman, Science 281, 1647 (1998).
12. B. R. Cuenya, Thin Solid Films 518, 3127 (2010).
13. M. Haruta, Gold Bull. 37, 27 (2004).
14. W. E. Kaden, T. Wu, W. A. Kunkel, and S. L. Anderson, Science 326, 826 (2009).
15. J. Ø. Hansen, E. Lira, P. Galliker, J.-G. Wang, P. T. Sprunger, Z. Li, E. Læsgaard, S. Wendt, B. Hammer, and F. Besenbacher, J. Phys. Chem. C 114, 16964 (2010).
16. U. Diebold, J.-M. Pan, and T. E. Madey, Phys. Rev. B 47, 3868 (1993).
17. F. Sedona, M. Sambi, L. Artiglia, G. A. Rizzi, A. Vittadini, A. Fortunelli, and G. Granozzi, J. Phys. Chem. C 112, 3187 (2008).
18. R. Zanella, V. Rodríguez-González, Y. Arzola, and A.Moreno-Rodriguez, ACS Catal. 2, 1 (2012).
19. M. Della Negra, N. M. Nicolaisen, Z. Li, and P. J. Møller, Surf. Sci 540, 117 (2003).
20. L. K. Ono, B. Yuan, H. Heinrich, and B. R. Cuenya, J. Phys. Chem. C 114, 22119 (2010).
21. U. Diebold, Surf. Sci. Rep. 48, 53 (2003).
22. Z. Dohnálek, I. Lyubinetsky, and R. Rousseau, Prog. Surf. Sci. 85, 161 (2010).
23. F. Behafarid and B. R. Cuenya, Surf. Sci. 606, 908 (2012).
24. E. Ruckenstein and D. B. Dadyburjor, Rev. Chem. Eng. 1, 251 (1983).
25. C. Kartusch, F. Krumeich, O. Safonova, U. Hartfelder, M. Makosch, J. Sá, and J. A. van Bokhoven, ACS Catal. 2, 1394 (2012).
26. J. Sá, S. F. R. Taylor, H. Daly, A. Goguet, R. Tiruvalam, Q. He, C. J. Kiely, G. J. Hutchings, and C. Hardacre, ACS Catal. 2, 552 (2012).
27. U. Diebold, H.-S. Tao, N. D. Shinn, and T. E. Madey, Phys. Rev. B 50, 14474 (1994).
28. N. Nakajima, H. Kato, T. Okazaki, and Y. Sakisaka, Surf. Sci. 561, 93 (2004).
29. W. Y. Teoh, L. Mäller, and R. Amal, J. Catal. 251, 271 (2007).
30. B. Yoon, H. Häkkinen, U. Landman, A. S. Wörz, J.-M. Antonietti, S. Abbet, K. Judai, and U. Heiz, Science 307, 403 (2005).
31. M. Haruta, Faraday Discuss. 152, 11 (2011).
32. X. Nie, H. Qian, Q. Ge, H. Xu, and R. Jin, ACS Nano 6, 6014 (2012).
33. A. Cho, Science 299, 1684 (2003).
34. K. A. Connelly and H. Idriss, Green Chem. 14, 260 (2012).
35. C. M. Yim, C. L. Pang, and G. Thornton, Phys. Rev. Lett. 104, 036806 (2010).
36. P. M. Kowalski, M. F. Camellone, N. N. Nair, B. Meyer, and D. Marx, Phys. Rev. Lett. 105, 146405 (2010).
37. Z. Zhang, S.-P. Jeng, and V. E. Henrich, Phys. Rev. B 43, 12004 (1991).
38. S. Chrétien and H. Metiu, J. Phys. Chem. C 115, 4696 (2011).
39. D. A. Panayotov, S. P. Burrows, J. J. T. Yates, and J. R. Morris, J. Phys. Chem. C 115, 22400 (2011).
40. I. X. Green, W. Tang, M. McEntee, M. Neurock, and J. J. T. Yates, J. Am. Chem. Soc. 134, 12717 (2012).
41. M. D. Rasmussen, L. M. Molina, and B. Hammer, J. Chem. Phys. 120, 988 (2004).
42. G. Kresse and J. Furthmüller, Phys. Rev. B 54, 11169 (1996).
43. J. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
44. L. Giordano, G. Pacchioni, T. Bredow, and J. F. Sanz, Surf. Sci. 471, 21 (2001).
45. J. A. Rodríguez, J. Evans, J. Graciani, J.-B. Park, P. Liu, J. Hrbek, and J. F. Sanz, J. Phys. Chem. C 113, 7364 (2009).
46. S.-F. Peng and J.-J. Ho, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 20393 (2011).
47. J. Heyd, G. E. Scuseria, and M. Ernzerhof, J. Chem. Phys. 118, 8207 (2003).
48. Y. Q. Gai, J. B. Li, A. S. Li, J. B. Xia, and S. H.Wei, Phys. Rev. Lett. 102, 036402 (2009).
49. C. Di Valentin, G. Pacchioni, and A. Selloni, Phys. Rev. Lett. 97, 166803 (2006).
50. C. J. Calzado, N. C. Hernández, and J. F. Sanz, Phys. Rev. B 77, 045118 (2008).
51. P. Krüger, S. Bourgeois, B. Domenichini, H. Magnan, D. Chandesris, P. Le Fevre, A. M. Flank, J. Jupille, L. Floreano, A. Cossaro, A. Verdini, and A. Morgante, Phys. Rev. Lett. 100, 055501 (2008).
52. M. F. Camellone, P. M. Kowalski, and D. Marx, Phys. Rev. B 84, 035413 (2011).
53. Q. Ke, X. Lou, Y. Wang, and J. Wang, Phys. Rev. B 82, 024102 (2010).
54. Q. Ke, A. Kumar, X. Lou, K. Zeng, and J. Wang, Appl. Phys. Lett. 100, 042902 (2012).
55. S. Yang, L. E. Halliburton, A. Manivannan, P. H. Bunton, D. B. Baker, M. Klemm, S. Horn, and A. Fujishima, Appl. Phys. Lett. 94, 162114 (2009).
56. A. C. Papageorgiou, N. S. Beglitis, C. L. Pang, G. Teobaldi, G. Cabailh, Q. Chen, A. J. Fisher, W. A. Hofer, and G. Thornton, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 2391 (2010).
57. Y. Zhao, Z. Wang, X. F. Cui, T. Huang, B. Wang, Y. Luo, J. L. Yang, and J. G. Hou, J. Am. Chem. Soc. 131, 7958 (2009).
58. S. RWendt, P. T. Sprunger, E. Lira, G. K. H. Madsen, Z. S. Li, J. Ø. Hansen, J. Matthiesen, A. Blekinge-Rasmussen, E. Laegsgaard, B. Hammer, and F. Besenbacher, Science 320, 1755 (2008).
59. Z.-T. Wang, Y. Du, Z. Dohnálek, and I. Lyubinetsky, J. Phys. Chem. Lett. 1, 3524 (2010).
60. N. G. Petrik and G. A. Kimmel, J. Phys. Chem. C 115, 152 (2011).
61. T. Minato, Y. Sainoo, Y. Kim, H. S. Kato, K. Aika, M. Kawai, J. Zhao, H. Petek, T. Huang, W. He, B. Wang, Z. Wang, Y. Zhao, J. L. Yang, and J. G. Hou, J. Chem. Phys. 130, 124502 (2009).
62. J. Zhang and A. N. Alexandrova, J. Chem. Phys. 135, 174702 (2011).
63. G. Charlton, P. B. Howes, C. A. Muryn, H. Raza, N. Jones, J. S. G. Taylor, C. Norris, R. McGrath, D. Norman, T. S. Turner, and G. Thornton, Phys. Rev. B 61, 16117 (2000).
64. M. Sieberer, J. Redinger, and P. Mohn, Phys. Rev. B 75, 035203 (2007).
65. W.-J. Chun, Y. Koike, K. Ijima, K. Fujikawa, H. Ashima, M. Nomura, Y. Iwasawa, and K. Asakura, Chem. Phys. Lett. 433, 345 (2007).
66. Y. Tanizawa, T. Shido, W.-J. Chun, K. Asakura, M. Nomura, and Y. Iwasawa, J. Phys. Chem. B 107, 12917 (2003).
67. A. Anastasopoulos and B. E. Hayden, Surf. Sci. 605, 174 (2011).
68. A. K. See and R. A. Bartynski, Phys. Rev. B 50, 12064 (1994).
69. X. Tong, L. Benz, S. Chrétien, P. Kemper, A. Kolmakov, H. Metiu, M. T. Bowers, and S. K. Buratto, J. Chem. Phys. 123, 204701 (2005).
70. X. Tong, L. Benz, A. Kolmakov, S. Chrétien, H. Metiu, and S. K. Buratto, Surf. Sci. 575, 60 (2005).
71. S. Sivaramakrishnan, A. P. Tedjasaputra, K. Sato, and J. M. Zuo, J. Appl. Phys. 107, 053505 (2010).
72. Z. Ma and S. Dai, ACS Catal. 1, 805 (2011).
73. V. Schwartz, D. R. Mullins, W. Yan, B. Chen, S. Dai, and S. H. Overbury, J. Phys. Chem. B 108, 15782 (2004).
74. N. Lopez and J. K. Nøskov, Surf. Sci. 515, 175 (2002).
75. D. Matthey, J. G.Wang, S.Wendt, J.Matthiesen, R. Schaub, E. Læsgaard, B. Hammer, and F. Besenbacher, Science 315, 1692 (2007).
76. N. Goldman and N. D. Browning, J. Phys. Chem. C 115, 11611 (2011).
77. T. Okazawa, M. Kohyama, and Y. Kido, Surf. Sci. 600, 4430 (2006).
78. H. J. Chung, A. Yurtsever, Y. Sugimoto, M. Abe, and S. Morita, Appl. Phys. Lett. 99, 123102 (2011).
79. J. Jiang, W. Zhang, L. Jin, X. Yang, F. Xu, J. Zhu, and W. Huang, J. Phys. Chem. C 111, 12434 (2007).
80. L. Zhang, R. Persaud, and T. E. Madey, Phys. Rev. B 56, 10549 (1997).
81. A. S. Wörz, U. Heiz, F. Cinquini, and G. Pacchioni, J. Phys. Chem. B 109, 18418 (2005).
82. N. Kruse and S. Chenakin, Appl. Catal., A 391, 367 (2011).
83. M. Chen, Y. Cai, Z. Yan, and D. W. Goodman, J. Am. Chem. Soc. 128, 6341 (2006).
84. E. A. Willneff, S. Braun, D. Rosenthal, H. Bluhm, M. Häecker, E. Kleimenov, A. Knop-Gericke, R. Schlögl, and S. L. M. Schroeder, J. Am. Chem. Soc. 128, 12052 (2006).
85. C. S. Chen, T. C. Chen, C. C. Chen, Y. T. Lai, J. H. You, T. M. Chou, C. H. Chen, and J.-F. Lee, Langmuir 28, 9996 (2012).
86. J.-M. Pan and T. E. Madey, J. Vac. Sci. Technol. A 11, 1667 (1993).
87. H. Mostéfa-Sba, B. Domenichini, and S. Bourgeois, Surf. Sci. 437, 107 (1999).
88. N. Nakajima, H. Kato, T. Okazaki, and Y. Sakisaka, Surf. Sci. 561, 79 (2004).
89. K. Tohji, Y. Udagawa, S. Tanabe, T. Ida, and A. Ueno, J. Am. Chem. Soc. 106, 5172 (1984).
90. Y. Shao, W. Chen, E. Wold, and J. Paul, Langmuir 10, 178 (1994).
91. B. Ding, F. Cheng, F. Pan, T. Fa, S. Yao, K. Potzger, and S. Zhou, J. Magn. Magn. Mater. 324, 33 (2012).
92. K. Fujikawa, S. Suzuki, Y. Koike, W.-J. Chun, and K. Asakura, Surf. Sci. 600, 117 (2006).
93. S. A. Tenney,W. He, C. C. Roberts, J. S. Ratliff, S. I. Shah, G. S. Shafai, V. Turkowski, T. S. Rahman, and D. A. Chen, J. Phys. Chem. C 115, 11112 (2011).
94. H. Onishi, T. Aruga, C. Egawa, andY. Iwasawa, Surf. Sci. 233, 261 (1990).
95. B. Domenichini, F. Šutara, T. Škála, V. Matolín, and S. Bourgeois, J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 184, 410 (2011).
96. J. P. Espinós, A. R. González-Elipe, A. Caballero, J. García, and G. Munuera, J. Catal. 136, 415 (1992).
97. M. Aizawa, S. Lee, and S. L. Anderson, J. Chem. Phys. 117, 5001 (2002).
98. A. Sasahara, K. Hiehata, and H. Onishi, Catal. Surv. Asia 13, 9 (2009).
99. Q. Fu, T.Wagner, S. Olliges, and H.-D. Carstanjen, J. Phys. Chem. B 109, 944 (2005).
100. P. Murugan, V. Kumar, and Y. Kawazoe, Phys. Rev. B 73, 075401 (2006).
101. C. Xu, X. Lai, G. W. Zajac, and D. W. Goodman, Phys. Rev. B 56, 13464 (1997).
102. M. A. San-Miguel, J. Oviedo, and J. F. Sanz, Phys. Rev. Lett. 99, 066102 (2007).
103. M. J. J. Jak, C. Konstapel, A. van Kreuningen, J. Verhoeven, and J. W. M. Frenken, Surf. Sci. 457, 295 (2000).
104. J. F. Sanz and A. Márquez, J. Phys. Chem. C 111, 3949 (2007).
105. S. V. Ong and S. N. Khanna, J. Phys. Chem. C 115, 20217 (2011).
106. Y. Watanabe, X. Wu, H. Hirata, and N. Isomura, Catal. Sci. Technol. 1, 1490 (2011).
107. O. Dulub, W. Hebenstreit, and U. Diebold, Phys. Rev. Lett. 84, 3646 (2000).
108. A. Naitabdi, F. Behafarid, and B. R. Cuenya, Appl. Phys. Lett. 94, 083102 (2009).
109. H. Iddir, S. Öǧüt, N. D. Browning, and M. M. Disko, Phys. Rev. B 72, 081407(R) (2005).
110. H. Iddir, V. Skavysh, S. Öǧüt, N. D. Browning, and M. M. Disko, Phys. Rev. B 73, 041403(R) (2006).
111. V. Çelik, H. Ünal, E. Mete, and Ş. Ellialtioǧlu, Phys. Rev. B 82, 205113 (2010).
112. S. C. Ammal and A. Heyden, J. Phys. Chem. C 115, 19246 (2011).
113. A. Sasahara, C. L. Pang, and H. Onishi, J. Phys. Chem. B 110, 13453 (2006).
114. S. Fischer, F. Schneiderb, and K.-D. Schierbaum, Vacuum 47, 1149 (1996).
115. S. Gana, Y. Liang, D. R. Baer, and A.W. Grant, Surf. Sci. 475, 159 (2001).
116. Z. Zhang,W. Tang, M. Neurock, and J. T. Yates, Jr., J. Phys. Chem. C 115, 23848 (2011).
117. S. Bonanni, K. Aït-Mansour, W. Harbich, and H. Brune, J. Am. Chem. Soc. 134, 3445 (2012).
118. N. A. Deskins, R. Rousseau, and M. Dupuis, J. Phys. Chem. C 114, 5891 (2010).
119. K. Kimura, S.-i. Naya, Y. Jin-nouchi, and H. Tada, J. Phys. Chem. C 116, 7111 (2012).
120. Y. Cai, A. Zhang, Y. P. Feng, C. Zhang, H. F. Teoh, and G.W. Ho, J. Chem. Phys. 131, 224701 (2009).
121. Y. Cai, M. Zhou, M. Zeng, C. Zhang, and Y. P. Feng, Nanotechnology 22, 215702 (2011).
122. Q. Fu and T. Wagner, Surf. Sci. Rep. 62, 431 (2007).
123. U. Martinez and B. Hammer, J. Chem. Phys. 134, 194703 (2011).
124. v 's effect on the diffusion of the chosen TM species.
125. S. A. Tenney, J. S. Ratliff, C. C. Roberts,W. He, S. C. Ammal, A. Heyden, and D. A. Chen, J. Phys. Chem. C 114, 21652 (2010).
126. J. B. Park, S. F. Conner, and D. A. Chen, J. Phys. Chem. C 112, 5490 (2008).
127. O. Ozturk, J. B. Park, S. Ma, J. S. Ratliff, J. Zhou, D. R. Mullins, and D. A. Chen, Surf. Sci. 601, 3099 (2007).
128. P. Han and D. W. Goodman, J. Phys. Chem. C 112, 6390 (2008).
129. V. Papaefthimiou, T. Dintzer, M. Lebedeva, D. Teschner, M. Hävecker, A. Knop-Gericke, R. Schlögl, V. Pierron-Bohnes, E. Savinova, and S. Zafeiratos, J. Phys. Chem. C 116, 14342 (2012).
130. K. Takanabe, K. Nagaoka, K. Nariai, and K.-i. Aika, J. Catal. 232, 268 (2005).
131. M. Nolan, J. Chem. Phys. 136, 134703 (2012).