Quantum dynamics of polyatomic dissociative chemisorption on transition metal surfaces: Mode specificity and bond selectivity

Chemical Society Reviews

Volumn 45, Issue 13, 2016, Pages 3621-3640

  Jiang, Bin ^a,b   Yang, Minghui ^c   Xie, Daiqian ^b,d   Guo, Hua ^a  

^a UNIVERSITY OF NEW MEXICO   (United States)

^b UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA   (China)

^c Wuhan National Laboratory for Optoelectronics   (China)

^d NANJING UNIVERSITY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84976506715     PISSN: 03060012     EISSN: 14604744     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c5cs00360a     Document Type: Review

References (206)

1. G. A. Somorjai, Introduction to Surface Chemistry and Catalysis, Wiley, New York, 1994
2. A. Nilsson, L. G. M. Petersson and J. K. Nørskov, Chemical Bonding at Surface and Interfaces, Elsevier, Amsterdam, 2008
3. I. Chorkendorff and J. W. Niemantsverdriet, Concepts of Modern Catalysis and Kinetics, Wiley-VCH, Weinheim, 2003
4. G. Ertl J. Vac. Sci. Technol., A 1983 1 1247
5. C. V. Ovesen P. Stoltze J. K. Nørskov C. T. Campbell J. Catal. 1992 134 445
6. J. R. Rostrup-Nielsen, in Catalysis, Science and Technology, ed., J. R. Anderson, and, M. Boudart, Springer-Verlag, Berlin, 1984, vol. 5
7. A. Gross Surf. Sci. Rep. 1998 32 291
8. F. F. Crim Acc. Chem. Res. 1999 32 877
9. L. B. F. Juurlink D. R. Killelea A. L. Utz Prog. Surf. Sci. 2009 84 69
10. F. F. Crim Faraday Discuss. 2012 157 9
11. G. Czakó J. M. Bowman J. Phys. Chem. A 2014 118 2839
12. K. Liu J. Chem. Phys. 2015 142 080901
13. J. Li B. Jiang H. Song J. Ma B. Zhao R. Dawes H. Guo J. Phys. Chem. A 2015 119 4667
14. C. T. Rettner D. J. Auerbach J. C. Tully A. W. Kleyn J. Phys. Chem. 1996 100 13021
15. G. O. Sitz Rep. Prog. Phys. 2002 65 1165
16. A. W. Kleyn Chem. Soc. Rev. 2003 32 87
17. A. M. Wodtke D. Matsiev D. J. Auerbach Prog. Surf. Sci. 2008 83 167
18. R. D. Beck and A. L. Utz, in Dynamics of Gas-Surface Interactions, ed., R. D. Muino, and, H. F. Busnengo, Springer, Heidelberg, 2013
19. K. Golibrzuch N. Bartels D. J. Auerbach A. M. Wodtke Annu. Rev. Phys. Chem. 2015 66 399
20. K. Christmann Surf. Sci. Rep. 1988 9 1
21. G.-J. Kroes Prog. Surf. Sci. 1999 60 1
22. G.-J. Kroes A. Gross E.-J. Baerends M. Scheffler D. A. McCormack Acc. Chem. Res. 2002 35 193
23. R. A. Olsen and L. B. F. Juurlink, in Dynamics of Gas-Surface Interactions, ed., R. D. Muino, and, H. F. Busnengo, Springer, Heidelberg, 2013
24. G.-J. Kroes Science 2008 321 794
25. G.-J. Kroes Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 14966
26. L. B. F. Juurlink P. R. MaCabe R. R. Smith C. L. DeCologero A. L. Utz Phys. Rev. Lett. 1999 83 868
27. L. B. F. Juurlink R. R. Smith A. L. Utz J. Phys. Chem. B 2000 104 3327
28. L. B. F. Juurlink R. R. Smith A. L. Utz Faraday Discuss. 2000 117 147
29. J. Higgins A. Conjusteau G. Scoles S. L. Bernasek J. Chem. Phys. 2001 114 5277
30. M. P. Schmid P. Maroni R. D. Beck T. R. Rizzo J. Chem. Phys. 2002 117 8603
31. R. D. Beck P. Maroni D. C. Papageorgopoulos T. T. Dang M. P. Schmid T. R. Rizzo Science 2003 302 98
32. R. R. Smith D. R. Killelea D. F. DelSesto A. L. Utz Science 2004 304 992
33. L. B. F. Juurlink R. R. Smith D. R. Killelea A. L. Utz Phys. Rev. Lett. 2005 94 208303
34. P. Maroni D. C. Papageorgopoulos M. Sacchi T. T. Dang R. D. Beck T. R. Rizzo Phys. Rev. Lett. 2005 94 246104
35. R. Bisson M. Sacchi T. T. Dang B. Yoder P. Maroni R. D. Beck J. Phys. Chem. A 2007 111 12679
36. D. R. Killelea V. L. Campbell N. S. Shuman A. L. Utz Science 2008 319 790
37. D. R. Killelea V. L. Campbell N. S. Shuman A. L. Utz J. Phys. Chem. C 2009 113 20618
38. R. Bisson M. Sacchi R. D. Beck Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010 82 121404(R)
39. R. Bisson M. Sacchi R. D. Beck J. Chem. Phys. 2010 132 094702
40. B. L. Yoder R. Bisson R. D. Beck Science 2010 329 553
41. B. L. Yoder R. Bisson P. M. Hundt R. D. Beck J. Chem. Phys. 2011 135 224703
42. L. Chen H. Ueta R. Bisson R. D. Beck Faraday Discuss. 2012 157 285
43. N. Chen Y. Huang A. L. Utz J. Phys. Chem. A 2013 117 6250
44. H. Ueta L. Chen R. D. Beck I. Colon-Diaz B. Jackson Phys. Chem. Chem. Phys. 2013 15 20526
45. P. M. Hundt M. E. van Reijzen H. Ueta R. D. Beck J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 1963
46. A. C. Luntz J. Chem. Phys. 2000 113 6901
47. F. F. Crim J. Phys. Chem. 1996 100 12725
48. P. M. Hundt B. Jiang M. van Reijzen H. Guo R. D. Beck Science 2014 344 504
49. B. Jackson, in Dynamics of Gas-Surface Interactions, ed., R. D. Muino, and, H. F. Busnengo, Springer, Heidelberg, 2013
50. S. Nave A. K. Tiwari B. Jackson J. Phys. Chem. A 2014 118 9615
51. J. Greeley J. K. Nørskov M. Mavrikakis Annu. Rev. Phys. Chem. 2002 53 319
52. M. Sacchi D. J. Wales S. J. Jenkins J. Phys. Chem. C 2011 115 21832
53. M. Sacchi D. J. Wales S. J. Jenkins Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 15879
54. F. Nattino H. Ueta H. Chadwick M. E. van Reijzen R. D. Beck B. Jackson M. C. van Hemert G.-J. Kroes J. Phys. Chem. Lett. 2014 5 1294
55. B. Jackson F. Nattino G.-J. Kroes J. Chem. Phys. 2014 141 054102
56. M. Sacchi D. J. Wales S. J. Jenkins Comput. Theor. Chem. 2012 990 144
57. B. Jiang H. Guo J. Chem. Phys. 2013 138 234104
58. B. Jiang H. Guo J. Am. Chem. Soc. 2013 135 15251
59. H. Guo B. Jiang Acc. Chem. Res. 2014 47 3679
60. X.-Y. Zhu Annu. Rev. Phys. Chem. 1994 45 113
61. H. Guo P. Saalfrank T. Seideman Prog. Surf. Sci. 1999 62 239
62. P. Nieto E. Pijper D. Barredo G. Laurent R. Olsen E. J. Baerends G.-J. Kroes D. Farias Science 2006 312 86
63. J. I. Juaristi M. Alducin R. D. Muiño H. F. Busnengo A. Salin Phys. Rev. Lett. 2008 100 116102
64. B. Baule Ann. Phys. 1914 349 145
65. P. Gamallo, L. Martin-Gondre, R. Sayós, C. Crespos and P. Larrégaray, in Dynamics of Gas-Surface Interactions, ed., R. D. Muino, and, H. F. Busnengo, Springer, Heidelberg, 2013
66. J. H. McCreery G. Wolken J. Chem. Phys. 1975 63 2340
67. H. F. Busnengo A. Salin W. Dong J. Chem. Phys. 2000 112 7641
68. C. Diaz R. A. Olsen H. F. Busnengo G. J. Kroes J. Phys. Chem. C 2010 114 11192
69. J. Ischtwan M. A. Collins J. Chem. Phys. 1994 100 8080
70. M. A. Collins Theor. Chem. Acc. 2002 108 313
71. C. Crespos M. A. Collins E. Pijper G.-J. Kroes J. Chem. Phys. 2004 120 2392
72. P. N. Abufager C. Crespos H. F. Busnengo Phys. Chem. Chem. Phys. 2007 9 2258
73. T. J. Frankcombe M. A. Collins D. H. Zhang J. Chem. Phys. 2012 137 144701
74. B. J. Braams J. M. Bowman Int. Rev. Phys. Chem. 2009 28 577
75. J. M. Bowman G. Czakó B. Fu Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 8094
76. Z. Xie J. M. Bowman J. Chem. Theory Comput. 2010 6 26
77. B. Jiang X. Ren D. Xie H. Guo Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012 109 10224
78. B. Jiang R. Liu J. Li D. Xie M. Yang H. Guo Chem. Sci. 2013 4 3249
79. C. M. Handley P. L. A. Popelier J. Phys. Chem. A 2010 114 3371
80. J. Behler Phys. Chem. Chem. Phys. 2011 13 17930
81. L. M. Raff, R. Komanduri, M. Hagan and S. T. S. Bukkapatnam, Neural Networks in Chemical Reaction Dynamics, Oxford University Press, Oxford, 2012
82. S. Lorenz A. Groß M. Scheffler Chem. Phys. Lett. 2004 395 210
83. S. Lorenz M. Scheffler A. Gross Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2006 73 115431
84. J. Behler S. Lorenz K. Reuter J. Chem. Phys. 2007 127 014705
85. J. Ludwig D. G. Vlachos J. Chem. Phys. 2007 127 154716
86. S. Manzhos K. Yamashita Surf. Sci. 2010 604 555
87. T. Liu B. Fu D. H. Zhang Sci. China: Chem. 2014 57 147
88. B. Jiang H. Guo J. Chem. Phys. 2014 141 034109
89. B. Jiang H. Guo J. Chem. Phys. 2013 139 054112
90. J. Li B. Jiang H. Guo J. Chem. Phys. 2013 139 204103
91. J. Li J. Chen D. H. Zhang H. Guo J. Chem. Phys. 2014 140 044327
92. J. Li H. Guo Phys. Chem. Chem. Phys. 2014 16 6753
93. A. Li H. Guo J. Chem. Phys. 2014 140 224313
94. J. Li J. Chen Z. Zhao D. Xie D. H. Zhang H. Guo J. Chem. Phys. 2015 142 204302
95. I. Goikoetxea J. Beltran J. Meyer J. I. Juaristi M. Alducin K. Reuter New J. Phys. 2012 14 013050
96. B. Jiang H. Guo Phys. Rev. Lett. 2015 114 166101
97. P. E. Blöchl Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1994 50 17953
98. H. J. Monkhorst J. D. Pack Phys. Rev. B: Solid State 1976 13 5188
99. J. P. Perdew K. Burke M. Ernzerhof Phys. Rev. Lett. 1996 77 3865
100. J. P. Perdew Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1986 33 8822
101. M. Methfessel A. T. Paxton Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1989 40 3616
102. G. Kresse J. Furthmuller Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1996 54 11169
103. G. Kresse J. Furthmuller Comput. Mater. Sci. 1996 6 15
104. F. Libisch C. Huang E. A. Carter Acc. Chem. Res. 2014 47 2768
105. J. C. Tully Annu. Rev. Phys. Chem. 1980 31 319
106. R. B. Gerber Chem. Rev. 1987 87 29
107. W. L. Hase, in Encyclopedia of Computational Chemistry, ed., N. L. Alinger, Wiley, New York, 1998, vol. 1
108. X. Hu W. L. Hase T. Pirraglia J. Comput. Chem. 1991 12 1014
109. J. Harris J. Simon A. C. Luntz C. B. Mullins C. T. Rettner Phys. Rev. Lett. 1991 67 652
110. A. C. Luntz J. Harris Surf. Sci. 1991 258 397
111. A. P. J. Jansen H. Burghgraef Surf. Sci. 1995 344 149
112. M.-N. Carre B. Jackson J. Chem. Phys. 1998 108 3722
113. L. Halonen S. L. Bernasek D. J. Nesbitt J. Chem. Phys. 2001 115 5611
114. Y. Xiang J. Z. H. Zhang D. Y. Wang J. Chem. Phys. 2002 117 7698
115. S. Nave B. Jackson Phys. Rev. Lett. 2007 98 173003
116. S. Nave B. Jackson J. Chem. Phys. 2007 127 224702
117. S. Nave B. Jackson J. Chem. Phys. 2009 130 054701
118. A. K. Tiwari S. Nave B. Jackson Phys. Rev. Lett. 2009 103 253201
119. A. K. Tiwari S. Nave B. Jackson J. Chem. Phys. 2010 132 134702
120. G. P. Krishnamohan R. A. Olsen G.-J. Kroes F. Gatti S. Woittequand J. Chem. Phys. 2010 133 144308
121. B. Jiang D. Xie H. Guo Chem. Sci. 2013 4 503
122. B. Jiang J. Li D. Xie H. Guo J. Chem. Phys. 2013 138 044704
123. J. C. Light T. Carrington Jr. Adv. Chem. Phys. 2000 114 263
124. R. N. Zare, Angular Momentum, Wiley, New York, 1988
125. V. A. Mandelshtam H. S. Taylor J. Chem. Phys. 1995 102 7390
126. R. Chen H. Guo J. Chem. Phys. 1996 105 3569
127. S. K. Gray G. G. Balint-Kurti J. Chem. Phys. 1998 108 950
128. S. Y. Lin H. Guo J. Chem. Phys. 2003 119 11602
129. U. Manthe Mol. Phys. 2011 109 1415
130. J. Palma D. C. Clary J. Chem. Phys. 2000 112 1859
131. M. Yang D. H. Zhang S.-Y. Lee J. Chem. Phys. 2002 117 9539
132. R. Liu H. Xiong M. Yang J. Chem. Phys. 2012 137 174113
133. W. Zhang Y. Zhou G. Wu Y. Lu H. Pan B. Fu Q. Shuai L. Liu S. Liu L. Zhang B. Jiang D. Dai S.-Y. Lee Z. Xie B. J. Braams J. M. Bowman M. A. Collins D. H. Zhang X. Yang Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 12782
134. Z. Zhang Y. Zhou D. H. Zhang G. Czakó J. M. Bowman J. Phys. Chem. Lett. 2012 3 3416
135. R. Liu M. Yang G. Czakó J. M. Bowman J. Li H. Guo J. Phys. Chem. Lett. 2012 3 3776
136. J. K. Navin S. B. Donald D. G. Tinney G. W. Cushing I. Harrison J. Chem. Phys. 2012 136 061101
137. B. Jackson S. Nave J. Chem. Phys. 2011 135 114701
138. D. R. Killelea A. L. Utz Phys. Chem. Chem. Phys. 2013 15 20545
139. J. C. Polanyi Science 1987 236 680
140. J. Li H. Guo J. Phys. Chem. A 2014 118 2419
141. B. Jiang H. Guo J. Phys. Chem. C 2014 118 26851
142. A. A. Gokhale J. A. Dumesic M. Mavrikakis J. Am. Chem. Soc. 2008 130 1402
143. L. C. Grabow A. A. Gokhale S. T. Evans J. A. Dumesic M. Mavrikakis J. Phys. Chem. C 2008 112 4608
144. A. A. Phatak W. N. Delgass F. H. Ribeiro W. F. Schneider J. Phys. Chem. C 2009 113 7269
145. H. Seenivasan A. K. Tiwari J. Chem. Phys. 2013 139 174707
146. H. Seenivasan A. K. Tiwari J. Chem. Phys. 2014 140 174704
147. M. A. Henderson Surf. Sci. Rep. 2002 46 1
148. F. R. Laffir V. Fiorin D. A. King J. Chem. Phys. 2008 128 114717
149. A. Mondal H. Seenivasan A. K. Tiwari J. Chem. Phys. 2012 137 094708
150. A. Sinha M. C. Hsiao F. F. Crim J. Chem. Phys. 1991 94 4928
151. A. Sinha J. D. Thoemke F. F. Crim J. Chem. Phys. 1992 96 372
152. J. D. Thoemke J. M. Pfeiffer R. B. Metz F. F. Crim J. Phys. Chem. 1995 99 13748
153. M. J. Bronikowski W. R. Simpson R. N. Zare J. Phys. Chem. 1993 97 2194
154. M. J. Bronikowski W. R. Simpson R. N. Zare J. Phys. Chem. 1993 97 2204
155. K. Kudla G. C. Schatz Chem. Phys. Lett. 1992 193 507
156. D. H. Zhang J. C. Light J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1997 93 691
157. D. H. Zhang M. A. Collins S.-Y. Lee Science 2000 290 961
158. B. Fu D. H. Zhang J. Chem. Phys. 2013 138 184308
159. B. Fu D. H. Zhang J. Chem. Phys. 2015 142 064314
160. B. Jiang D. Xie H. Guo J. Chem. Phys. 2011 135 084112
161. J. Li H. Song H. Guo Phys. Chem. Chem. Phys. 2015 17 4259
162. C. Díaz E. Pijper R. A. Olsen H. F. Busnengo D. J. Auerbach G.-J. Kroes Science 2009 326 832
163. C. T. Rettner H. E. Pfnur D. J. Auerbach Phys. Rev. Lett. 1985 54 2716
164. M. B. Lee Q. Y. Yang S. T. Ceyer J. Chem. Phys. 1987 87 2724
165. A. C. Luntz D. S. Bethune J. Chem. Phys. 1989 90 1274
166. M. C. McMaster R. J. Madix J. Chem. Phys. 1993 98 9963
167. P. M. Holmblad J. Wambach I. Chorkendorff J. Chem. Phys. 1995 102 8255
168. A. V. Walker D. A. King Phys. Rev. Lett. 1999 82 5156
169. C. T. Rettner H. E. Pfnür D. J. Auerbach J. Chem. Phys. 1986 84 4163
170. P. Kratzer B. Hammer J. K. Nørskov J. Chem. Phys. 1996 105 5595
171. F. Abild-Pedersen O. Lytken J. Engbæk G. Nielsen I. Chorkendorff J. K. Nørskov Surf. Sci. 2005 590 127
172. Z.-P. Liu P. Hu J. Am. Chem. Soc. 2003 125 1958
173. A. T. Anghel D. J. Wales S. J. Jenkins D. A. King Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005 71 113410
174. G. Henkelman A. Arnaldsson H. Jónsson J. Chem. Phys. 2006 124 044706
175. S. Nave A. K. Tiwari B. Jackson J. Chem. Phys. 2010 132 054705
176. R. Milot A. P. J. Jansen Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2000 61 15657
177. Y. Xiang J. Z. H. Zhang J. Chem. Phys. 2003 118 8954
178. S. Nave B. Jackson Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010 81 233408
179. B. Jackson S. Nave J. Chem. Phys. 2013 138 174705
180. W. H. Miller N. C. Handy J. E. Adams J. Chem. Phys. 1980 72 99
181. G. P. Krishnamohan R. A. Olsen A. Valdes G.-J. Kroes Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12 7654
182. M. Mastromatteo B. Jackson J. Chem. Phys. 2013 139 194701
183. D. Han S. Nave B. Jackson J. Phys. Chem. A 2013 117 8651
184. H. Guo B. Jackson J. Phys. Chem. C 2015 10.1021/acs.jpcc.5b00915
185. X. J. Shen A. Lozano W. Dong H. F. Busnengo X. H. Yan Phys. Rev. Lett. 2014 112 046101
186. B. Jiang H. Guo J. Phys. Chem. C 2013 117 16127
187. B. Jiang H. Guo J. Chin. Chem. Soc. 2014 61 841
188. W. R. Simpson T. P. Rakitzis S. A. Kandel A. J. Orr-Ewing R. N. Zare J. Chem. Phys. 1995 103 7313
189. Z. H. Kim H. A. Bechtel R. N. Zare J. Am. Chem. Soc. 2001 123 12714
190. H. A. Bechtel Z.-H. Kim J. P. Camden R. N. Zare J. Chem. Phys. 2004 120 791
191. H. A. Bechtel J. P. Camden D. J. A. Brown R. N. Zare J. Chem. Phys. 2004 120 5096
192. J. P. Camden H. A. Bechtel D. J. A. Brown R. N. Zare J. Chem. Phys. 2005 123 134301
193. S. Yoon S. Henton A. N. Zivkovic F. F. Crim J. Chem. Phys. 2002 116 10744
194. S. Yoon R. J. Holiday F. F. Crim J. Chem. Phys. 2003 119 4755
195. S. Yoon R. J. Holiday E. L. Sibert III F. F. Crim J. Chem. Phys. 2003 119 9568
196. R. J. Holiday C. H. Kwon C. J. Annesley F. F. Crim J. Chem. Phys. 2006 125 133101
197. V. A. Ukraintsev I. Harrison J. Chem. Phys. 1992 96 6307
198. A. Bukoski I. Harrison J. Chem. Phys. 2003 118 843
199. H. L. Abbott A. Bukoski I. Harrison J. Chem. Phys. 2004 121 3792
200. J. Li B. Jiang H. Guo J. Am. Chem. Soc. 2013 135 982
201. H. Song H. Guo J. Phys. Chem. A 2015 119 826
202. J. Dai J. C. Light J. Chem. Phys. 1997 107 1676
203. T. Liu B. Fu D. H. Zhang J. Chem. Phys. 2014 141 194302
204. M. Ramos, M. N. Batista, A. E. Martínez and H. F. Busnengo, in Dynamics of Gas-Surface Interactions, ed., R. D. Muino, and, H. F. Busnengo, Springer, Heidelberg, 2013
205. D. C. Seets C. T. Reeves B. A. Ferguson M. C. Wheeler C. B. Mullins J. Chem. Phys. 1997 107 10229
206. E. Dombrowski E. Peterson D. Del Sesto A. L. Utz Catal. Today 2015 244 10