Performance of DFT+U approaches in the study of catalytic materials

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 12, 2016, Pages 8370-8379

  Capdevila Cortada, Marçal ^a   Łodziana, Zbigniew ^b   López, Núria ^a  

^a BARCELONA INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (Spain)

^b INSTITUTE OF NUCLEAR PHYSICS   (Poland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 85006738668     PISSN: None     EISSN: 21555435     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.6b01907     Document Type: Review

References (130)

1. Capdevila-Cortada, M.; Vilé, G.; Teschner, D.; Pérez-Ramírez, J.; López, N. Appl. Catal., B 2016, 197, 299-312.
2. Montini, T.; Melchionna, M.; Monai, M.; Fornasiero, P. Chem. Rev. 2016, 116, 5987-6041.
3. Sutton, J. E.; Guo, W.; Katsoulakis, M. A.; Vlachos, D. G. Nat. Chem. 2016, 8, 331-337.
4. Nørskov, J. K.; Bligaard, T.; Rossmeisl, J.; Christensen, C. H. Nat. Chem. 2009, 1, 37-46.
5. Lejaeghere, K.; Bihlmayer, G.; Bjorkman, T.; Blaha, P.; Blugel, S.; Blum, V.; Caliste, D.; Castelli, I. E.; Clark, S. J.; Dal Corso, A.; de Gironcoli, S.; Deutsch, T.; Dewhurst, J. K.; Di Marco, I.; Draxl, C.; Dulak, M.; Eriksson, O.; Flores-Livas, J. A.; Garrity, K. F.; Genovese, L.; Giannozzi, P.; Giantomassi, M.; Goedecker, S.; Gonze, X.; Granas, O.; Gross, E. K. U.; Gulans, A.; Gygi, F.; Hamann, D. R.; Hasnip, P. J.; Holzwarth, N. A. W.; Iu an, D.; Jochym, D. B.; Jollet, F.; Jones, D.; Kresse, G.; Koepernik, K.; Kucukbenli, E.; Kvashnin, Y. O.; Locht, I. L. M.; Lubeck, S.; Marsman, M.; Marzari, N.; Nitzsche, U.; Nordstrom, L.; Ozaki, T.; Paulatto, L.; Pickard, C. J.; Poelmans, W.; Probert, M. I. J.; Refson, K.; Richter, M.; Rignanese, G.-M.; Saha, S.; Scheffler, M.; Schlipf, M.; Schwarz, K.; Sharma, S.; Tavazza, F.; Thunstrom, P.; Tkatchenko, A.; Torrent, M.; Vanderbilt, D.; van Setten, M. J.; Van Speybroeck, V.; Wills, J. M.; Yates, J. R.; Zhang, G.-X.; Cottenier, S. Science 2016, 351, aad3000.
6. Teschner, D.; Novell-Leruth, G.; Farra, R.; Knop-Gericke, A.; Schlögl, R.; Szentmiklósi, L.; González Hevia, M.; Soerijanto, H.; Schomäcker, R.; Pérez-Ramírez, J.; López, N. Nat. Chem. 2012, 4, 739-745.
7. Pogodin, S.; López, N. ACS Catal. 2014, 4, 2328-2332.
8. Stamatakis, M.; Vlachos, D. G. J. Chem. Phys. 2011, 134, 214115.
9. Shen, Z.-X.; List, R. S.; Dessau, D. S.; Wells, B. O.; Jepsen, O.; Arko, A. J.; Barttlet, R.; Shih, C. K.; Parmigiani, F.; Huang, J. C.; Lindberg, P. A. P. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1991, 44, 3604-3626.
10. Martin, R. M.; Reining, L.; Ceperley, D. M.Interacting Electrons: Theory and Computational Approaches; Cambridge University Press: Cambridge, U.K., 2016.
11. Perdew, J. P.; Zunger, A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1981, 23, 5048-5079.
12. Szotek, Z.; Temmerman, W. M.; Winter, H. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1993, 47, 4029-4032.
13. Tsuneda, T.; Hirao, K. J. Chem. Phys. 2014, 140, 18A513.
14. Zawadzki, P.; Jacobsen, K. W.; Rossmeisl, J. Chem. Phys. Lett. 2011, 506, 42-45.
15. Gudmundsdóttir, H.; Jónsson, E. Ö.; Jónsson, H. New J. Phys. 2015, 17, 083006.
16. Hubbard, J. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1963, 276, 238-257.
17. Ganduglia-Pirovano, M.; Da Silva, J.; Sauer, J. Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 26101.
18. Kowalski, P. M.; Camellone, M. F.; Nair, N. N.; Meyer, B.; Marx, D. Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 146405.
19. Loschen, C.; Carrasco, J.; Neyman, K. M.; Illas, F. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007, 75, 35115.
20. Da Silva, J. L. F.; Ganduglia-Pirovano, M. V.; Sauer, J.; Bayer, V.; Kresse, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007, 75, 45121.
21. Nolan, M.; Parker, S. C.; Watson, G. W. Surf. Sci. 2005, 595, 223-232.
22. Perdew, J. P.1995; pages 51-64.
23. Paier, J. Catal. Lett. 2016, 146, 861-885.
24. Bohm, D.; Pines, D. Phys. Rev. 1951, 82, 625-634.
25. Pines, D.; Bohm, D. Phys. Rev. 1952, 85, 338-353.
26. Bohm, D.; Pines, D. Phys. Rev. 1953, 92, 609-625.
27. Erhard, J.; Bleiziffer, P.; Görling, A. Phys. Rev. Lett. 2016, 117, 143002.
28. Capdevila-Cortada, M.; López, N. ACS Catal. 2015, 5, 6473-6480.
29. Capdevila-Cortada, M.; García-Melchor, M.; López, N. J. Catal. 2015, 327, 58-64.
30. Mahan, G. D.Many-Particle Physics; Springer U.S.: Boston, MA, 2000.
31. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 1372.
32. Georges, A.; Kotliar, G.; Krauth, W.; Rozenberg, M. J. Rev. Mod. Phys. 1996, 68, 13-125.
33. Yang, W.; Zhang, Y.; Ayers, P. W. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5172-5175.
34. Gutzwiller, M. C. Phys. Rev. Lett. 1963, 10, 159-162.
35. Anisimov, V. I.; Gunnarsson, O. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1991, 43, 7570-7574.
36. Anisimov, V. I.; Solovyev, I. V.; Korotin, M. A.; Czyżyk, M. T.; Sawatzky, G. A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1993, 48, 16929-16934.
37. Anisimov, V. I.; Zaanen, J.; Andersen, O. K. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1991, 44, 943-954.
38. Liechtenstein, A. I.; Anisimov, V. I.; Zaanen, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1995, 52, R5467-R5470.
39. Dudarev, S. L.; Botton, G. A.; Savrasov, S. Y.; Humphreys, C. J.; Sutton, A. P. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1998, 57, 1505-1509.
40. Cococcioni, M.; de Gironcoli, S. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005, 71, 35105.
41. Lu, D.; Liu, P. J. Chem. Phys. 2014, 140, 084101.
42. Gunnarsson, O.; Andersen, O. K.; Jepsen, O.; Zaanen, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1989, 39, 1708-1722.
43. Mosey, N. J.; Carter, E. A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007, 76, 155123.
44. Mosey, N. J.; Liao, P.; Carter, E. A. J. Chem. Phys. 2008, 129, 014103.
45. Springer, M.; Aryasetiawan, F. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1998, 57, 4364-4368.
46. Shih, B.-C.; Abtew, T. A.; Yuan, X.; Zhang, W.; Zhang, P. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012, 86, 165124.
47. Aryasetiawan, F.; Imada, M.; Georges, A.; Kotliar, G.; Biermann, S.; Lichtenstein, A. I. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2004, 70, 195104.
48. Himmetoglu, B.; Floris, A.; de Gironcoli, S.; Cococcioni, M. Int. J. Quantum Chem. 2014, 114, 14-49.
49. Fabris, S.; de Gironcoli, S.; Baroni, S.; Vicario, G.; Balducci, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005, 71, 41102.
50. Kresse, G.; Blaha, P.; Da Silva, J. L. F.; Ganduglia-Pirovano, M. V. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005, 72, 237101.
51. Fabris, S.; de Gironcoli, S.; Baroni, S.; Vicario, G.; Balducci, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005, 72, 237102.
52. Aykol, M.; Wolverton, C. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2014, 90, 115105.
53. Notice that for other metals, like Fe, the same authors indicate that second-nearest-neighbors effects are also important.
54. Franchini, C.; Podloucky, R.; Paier, J.; Marsman, M.; Kresse, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007, 75, 195128.
55. Jain, A.; Hautier, G.; Ong, S. P.; Moore, C. J.; Fischer, C. C.; Persson, K. A.; Ceder, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011, 84, 45115.
56. Lutfalla, S.; Shapovalov, V.; Bell, A. T. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 2218-2223.
57. Getsoian, A. "Bean"; Bell, A. T. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 25562-25578.
58. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Chem. Phys. 2006, 125, 194101.
59. Curnan, M. T.; Kitchin, J. R. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 21060-21071.
60. Zeng, Z.; Chan, M. K. Y.; Zhao, Z.-J.; Kubal, J.; Fan, D.; Greeley, J. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 18177-18187.
61. Huang, M.; Fabris, S. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 8643-8648.
62. Nolan, M.; Grigoleit, S.; Sayle, D. C.; Parker, S. C.; Watson, G. W. Surf. Sci. 2005, 576, 217-229.
63. Hu, Z.; Metiu, H. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 5841-5845.
64. Nolan, M.; Elliott, S. D.; Mulley, J. S.; Bennett, R. A.; Basham, M.; Mulheran, P. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008, 77, 235424.
65. Finazzi, E.; Di Valentin, C.; Pacchioni, G.; Selloni, A. J. Chem. Phys. 2008, 129, 154113.
66. Mattioli, G.; Filippone, F.; Alippi, P.; Amore Bonapasta, A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008, 78, 241201.
67. Morgan, B. J.; Watson, G. W. Surf. Sci. 2007, 601, 5034-5041.
68. Xu, Z.; Rossmeisl, J.; Kitchin, J. R. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 4827-4833.
69. Deskins, N. A.; Dupuis, M. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007, 75, 195212.
70. Wang, L.; Maxisch, T.; Ceder, G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2006, 73, 195107.
71. García-Mota, M.; Bajdich, M.; Viswanathan, V.; Vojvodic, A.; Bell, A. T.; Nørskov, J. K. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 21077-21082.
72. Chen, J.; Wu, X.; Selloni, A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011, 83, 245204.
73. Dalverny, A.-L.; Filhol, J.-S.; Lemoigno, F.; Doublet, M.-L. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 21750-21756.
74. Cockayne, E.; Li, L. Chem. Phys. Lett. 2012, 544, 53-58.
75. Rollmann, G.; Entel, P.; Rohrbach, A.; Hafner, J. Phase Transitions 2005, 78, 251-258.
76. Pinney, N.; Kubicki, J. D.; Middlemiss, D. S.; Grey, C. P.; Morgan, D. Chem. Mater. 2009, 21, 5727-5742.
77. Lodziana, Z. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 206402.
78. Santos-Carballal, D.; Roldan, A.; Grau-Crespo, R.; de Leeuw, N. H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 21082-21097.
79. Agarwal, V.; Metiu, H. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 19252-19264.
80. Ding, H.; Lin, H.; Sadigh, B.; Zhou, F.; Ozoliņš, V.; Asta, M. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 15565-15572.
81. Coquet, R.; Willock, D. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 3819.
82. Kresse, G.; Furthmuller, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1996, 54, 11169-11186.
83. Kresse, G.; Furthmüller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15-50.
84. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868.
85. Blöchl, P. E. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1994, 50, 17953-17979.
86. Krukau, A. V.; Vydrov, O. A.; Izmaylov, A. F.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 224106.
87. McCabe, R.; Trovarelli, A. Appl. Catal., B. 2016, in press. Available at the following: http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.04.044.
88. Azimi, G.; Dhiman, R.; Kwon, H.-M.; Paxson, A. T.; Varanasi, K. K. Nat. Mater. 2013, 12, 315-320.
89. Carchini, G.; García-Melchor, M.; Łodziana, Z.; López, N. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 152-160.
90. Amrute, A. P.; Mondelli, C.; Moser, M.; Novell-Leruth, G.; López, N.; Rosenthal, D.; Farra, R.; Schuster, M. E.; Teschner, D.; Schmidt, T.; Pérez-Ramírez, J. J. Catal. 2012, 286, 287-297.
91. Moser, M.; Vilé, G.; Colussi, S.; Krumeich, F.; Teschner, D.; Szentmiklósi, L.; Trovarelli, A.; Pérez-Ramírez, J. J. Catal. 2015, 331, 128-137.
92. Vilé, G.; Bridier, B.; Wichert, J.; Pérez-Ramírez, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 8620-8623.
93. Vilé, G.; Colussi, S.; Krumeich, F.; Trovarelli, A.; Pérez-Ramírez, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 12069-12072.
94. García-Melchor, M.; Bellarosa, L.; López, N. ACS Catal. 2014, 4, 4015-4020.
95. García-Melchor, M.; López, N. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 10921-10926.
96. Haider, M. H.; Dummer, N. F.; Knight, D. W.; Jenkins, R. L.; Howard, M.; Moulijn, J.; Taylor, S. H.; Hutchings, G. J. Nat. Chem. 2015, 7, 1028-1032.
97. Qiao, Z.-A.; Wu, Z.; Dai, S. ChemSusChem 2013, 6, 1821-1833.
98. Bruix, A.; Neyman, K. M. Catal. Lett. 2016, 146, 2053-2080.
99. Lin, Y.; Wu, Z.; Wen, J.; Poeppelmeier, K. R.; Marks, L. D. Nano Lett. 2014, 14, 191-196.
100. Capdevila-Cortada, M.; López, N. Nature Mater. 2016, DOI: 10.1038/nmat4804.
101. Zhou, J.; Mullins, D. R. Surf. Sci. 2006, 600, 1540-1546.
102. Mullins, D. R.; Robbins, M. D.; Zhou, J. Surf. Sci. 2006, 600, 1547-1558.
103. Albrecht, P. M.; Mullins, D. R. Langmuir 2013, 29, 4559-4567.
104. Bennett, L. J.; Jones, G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 21032-21038.
105. Kulik, H. J.; Marzari, N. J. Chem. Phys. 2011, 135, 194105.
106. Janesko, B. G.; Henderson, T. M.; Scuseria, G. E. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 443-454.
107. Henderson, T. M.; Paier, J.; Scuseria, G. E. Phys. Status Solidi B 2011, 248, 767-774.
108. Freysoldt, C.; Grabowski, B.; Hickel, T.; Neugebauer, J.; Kresse, G.; Janotti, A.; Van de Walle, C. G. Rev. Mod. Phys. 2014, 86, 253-305.
109. Wang, Y.; Cheng, H.-P. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 2106-2112.
110. Hsu, H.; Umemoto, K.; Cococcioni, M.; Wentzcovitch, R. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009, 79, 125124.
111. Kropp, T.; Paier, J.; Sauer, J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14616-14625.
112. Wu, X.-P.; Gong, X.-Q. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13228-13231.
113. Qiao, B.; Wang, A.; Yang, X.; Allard, L. F.; Jiang, Z.; Cui, Y.; Liu, J.; Li, J.; Zhang, T. Nat. Chem. 2011, 3, 634-641.
114. Fu, Q.; Saltsburg, H.; Flytzani-Stephanopoulos, M. Science 2003, 301, 935-938.
115. Rollmann, G.; Rohrbach, A.; Entel, P.; Hafner, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2004, 69, 165107.
116. Scanlon, D. O.; Dunnill, C. W.; Buckeridge, J.; Shevlin, S. A.; Logsdail, A. J.; Woodley, S. M.; Catlow, C. R. A.; Powell, M. J.; Palgrave, R. G.; Parkin, I. P.; Watson, G. W.; Keal, T. W.; Sherwood, P.; Walsh, A.; Sokol, A. A. Nat. Mater. 2013, 12, 798-801.
117. El-Sayed, A.; Borghetti, P.; Goiri, E.; Rogero, C.; Floreano, L.; Lovat, G.; Mowbray, D. J.; Cabellos, J. L.; Wakayama, Y.; Rubio, A.; Ortega, J. E.; de Oteyza, D. G. ACS Nano 2013, 7, 6914-6920.
118. Selcuk, S.; Selloni, A. Nat. Mater. 2016, 15, 1107-1112.
119. García-Mota, M.; Vojvodic, A.; Metiu, H.; Man, I. C.; Su, H.-Y.; Rossmeisl, J.; Nørskov, J. K. ChemCatChem 2011, 3, 1607-1611.
120. García-Melchor, M.; Vilella, L.; López, N.; Vojvodic, A. ChemCatChem 2016, 8, 1792-1798.
121. Bajdich, M.; García-Mota, M.; Vojvodic, A.; Nørskov, J. K.; Bell, A. T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13521-13530.
122. Hall, D. E. J. Electrochem. Soc. 1983, 130, 317.
123. Lyons, M. E. G.; Brandon, M. P. Int. J. Electrochem. Sci. 2008, 3, 1386-1424.
124. Bediako, D. K.; Lassalle-Kaiser, B.; Surendranath, Y.; Yano, J.; Yachandra, V. K.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 6801-6809.
125. Görlin, M.; Chernev, P.; Ferreira de Araújo, J.; Reier, T.; Dresp, S.; Paul, B.; Krähnert, R.; Dau, H.; Strasser, P. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5603-5614.
126. Dionigi, F.; Strasser, P. Adv. Energy Mater. 2016, 1600621.
127. Hegner, F.; Galan-Mascaros, J.; López, N., in press.
128. Nie, P.; Shen, L.; Luo, H.; Ding, B.; Xu, G.; Wang, J.; Zhang, X. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 5852-5857.
129. Emery, A. A.; Saal, J. E.; Kirklin, S.; Hegde, V. I.; Wolverton, C. Chem. Mater. 2016, 28, 5621-5634.
130. Körbel, S.; Marques, M. A. L.; Botti, S. J. Mater. Chem. C 2016, 4, 3157-3167.