Increased Back-Bonding Explains Step-Edge Reactivity and Particle Size Effect for CO Activation on Ru Nanoparticles

Journal of the American Chemical Society

Volumn 138, Issue 51, 2016, Pages 16655-16668

  Foppa, Lucas ^a   Copéret, Christophe ^a   Comas Vives, Aleix ^a  

^a ETH ZURICH   (Switzerland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CALCULATIONS; CARBON; CARBON MONOXIDE; CHEMICAL ACTIVATION; CHEMICAL ANALYSIS; CHEMICAL BONDS; MOLECULAR ORBITALS; NANOPARTICLES;

CRYSTAL ORBITAL HAMILTON POPULATIONS; FIRST-PRINCIPLES CALCULATION; LOW-INDEX SURFACES; METALLIC NANOPARTICLES; MOLECULAR UNDERSTANDING; PARTICLE SIZE EFFECT; SIZE-DEPENDENT REACTIVITY; TRANSITION STATE STRUCTURE;

PARTICLE SIZE;

CARBON; CARBON MONOXIDE; COORDINATION COMPOUND; METAL NANOPARTICLE; OXYGEN; RUTHENIUM DERIVATIVE; RUTHENIUM NANOPARTICLE; UNCLASSIFIED DRUG;

ADSORPTION; ARTICLE; ATOM; BINDING SITE; CHEMICAL BINDING; CHEMICAL INTERACTION; CHEMICAL REACTION; CONTROLLED STUDY; CRYSTAL; CRYSTAL ORBITAL HAMILTON POPULATION BONDING; CRYSTAL STRUCTURE; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRON; GEOMETRY; HYBRID; PARTICLE SIZE; PHASE TRANSITION; SURFACE PROPERTY;

EID: 85008324750     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.6b08697     Document Type: Article

References (68)

1. Williams, W. D.; Shekhar, M.; Lee, W.-S.; Kispersky, V.; Delgass, W. N.; Ribeiro, F. H.; Kim, S. M.; Stach, E. A.; Miller, J. T.; Allard, L. F. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14018 10.1021/ja1064262
2. Park, J. B.; Graciani, J.; Evans, J.; Stacchiola, D.; Senanayake, S. D.; Barrio, L.; Liu, P.; Sanz, J. F.; Hrbek, J.; Rodriguez, J. A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 356 10.1021/ja9087677
3. Rofer-DePoorter, C. K. Chem. Rev. 1981, 81, 447 10.1021/cr00045a002
4. Khodakov, A. Y.; Chu, W.; Fongarland, P. Chem. Rev. 2007, 107, 1692 10.1021/cr050972v
5. Xiao, C.-x.; Cai, Z.-p.; Wang, T.; Kou, Y.; Yan, N. Angew. Chem. 2008, 120, 758 10.1002/ange.200703481
6. den Breejen, J. P.; Radstake, P. B.; Bezemer, G. L.; Bitter, J. H.; Frøseth, V.; Holmen, A.; Jong, K. P. d. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7197 10.1021/ja901006x
7. Filot, I. A. W.; van Santen, R. A.; Hensen, E. J. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 12746 10.1002/anie.201406521
8. Blyholder, G. J. Phys. Chem. 1964, 68, 2772 10.1021/j100792a006
9. Huheey, J. E.; Keiter, E. A.; Keiter, R. L.; Medhi, O. K. Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity; Pearson Education: London, 2006.
10. Föhlisch, A.; Nyberg, M.; Hasselström, J.; Karis, O.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 3309 10.1103/PhysRevLett.85.3309
11. Föhlisch, A.; Nyberg, M.; Bennich, P.; Triguero, L.; Hasselström, J.; Karis, O.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. J. Chem. Phys. 2000, 112, 1946 10.1063/1.480773
12. Dimakis, N.; Cowan, M.; Hanson, G.; Smotkin, E. S. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 18730 10.1021/jp9036809
13. Dimakis, N.; Navarro, N. E.; Mion, T.; Smotkin, E. S. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 11711 10.1021/jp501709q
14. Calle-Vallejo, F.; Loffreda, D.; Koper, M. T. M.; Sautet, P. Nat. Chem. 2015, 7, 403 10.1038/nchem.2226
15. Zubkov, T.; Morgan, G. A., Jr; Yates, J. T., Jr; Kühlert, O.; Lisowski, M.; Schillinger, R.; Fick, D.; Jänsch, H. J. Surf. Sci. 2003, 526, 57 10.1016/S0039-6028(02)02655-9
16. Backus, E. H. G.; Eichler, A.; Grecea, M. L.; Kleyn, A. W.; Bonn, M. J. Chem. Phys. 2004, 121, 7946 10.1063/1.1799956
17. Tison, Y.; Nielsen, K.; Mowbray, D. J.; Bech, L.; Holse, C.; Calle-Vallejo, F.; Andersen, K.; Mortensen, J. J.; Jacobsen, K. W.; Nielsen, J. H. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 14350 10.1021/jp302424g
18. Hammer, B. Phys. Rev. Lett. 1999, 83, 3681 10.1103/PhysRevLett.83.3681
19. Dahl, S.; Logadottir, A.; Egeberg, R. C.; Larsen, J. H.; Chorkendorff, I.; Törnqvist, E.; Nørskov, J. K. Phys. Rev. Lett. 1999, 83, 1814 10.1103/PhysRevLett.83.1814
20. Ciobica, I. M.; van Santen, R. A. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 3808 10.1021/jp030010x
21. Honkala, K.; Hellman, A.; Remediakis, I. N.; Logadottir, A.; Carlsson, A.; Dahl, S.; Christensen, C. H.; Nørskov, J. K. Science 2005, 307, 555 10.1126/science.1106435
22. Ge, Q.; Neurock, M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 15368 10.1021/jp060477i
23. Shetty, S.; Jansen, A. P. J.; van Santen, R. A. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 14027 10.1021/jp801754n
24. Shetty, S.; Jansen, A. P. J.; van Santen, R. A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 12874 10.1021/ja9044482
25. Shetty, S.; van Santen, R. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 6330 10.1039/b926731j
26. Weststrate, C. J.; van Helden, P.; van de Loosdrecht, J.; Niemantsverdriet, J. W. Surf. Sci. 2016, 648, 60 10.1016/j.susc.2015.10.050
27. van Hardeveld, R.; van Montfoort, A. Surf. Sci. 1966, 4, 396 10.1016/0039-6028(66)90016-1
28. Van Hardeveld, R.; Van Montfoort, A. Surf. Sci. 1969, 17, 90 10.1016/0039-6028(69)90218-0
29. Van Hardeveld, R.; Hartog, F. Surf. Sci. 1969, 15, 189 10.1016/0039-6028(69)90148-4
30. van Santen, R. A.; Neurock, M. Molecular Heterogeneous Catalysis: A Conceptual and Computational Approach; Wiley: Weinheim, 2009.
31. García-García, F. R.; Guerrero-Ruiz, A.; Rodríguez-Ramos, I. Top. Catal. 2009, 52, 758 10.1007/s11244-009-9203-7
32. van Helden, P.; Ciobîcă, I. M.; Coetzer, R. L. J. Catal. Today 2016, 261, 48 10.1016/j.cattod.2015.07.052
33. Ligthart, D. A. J. M.; Filot, I. A. W.; Almutairi, A. A. H.; Hensen, E. J. M. Catal. Commun. 2016, 77, 5 10.1016/j.catcom.2016.01.006
34. Vilé, G.; Baudouin, D.; Remediakis, I. N.; Copéret, C.; López, N.; Pérez-Ramı́rez, J. ChemCatChem 2013, 5, 3750 10.1002/cctc.201300569
35. Carballo, J. M. G.; Yang, J.; Holmen, A.; García-Rodríguez, S.; Rojas, S.; Ojeda, M.; Fierro, J. L. G. J. Catal. 2011, 284, 102 10.1016/j.jcat.2011.09.008
36. Quek, X.-Y.; Filot, I. A. W.; Pestman, R.; van Santen, R. A.; Petkov, V.; Hensen, E. J. M. Chem. Commun. 2014, 50, 6005 10.1039/C4CC01687D
37. González-Carballo, J. M.; Pérez-Alonso, F. J.; Ojeda, M.; García-García, F. J.; Fierro, J. L. G.; Rojas, S. ChemCatChem 2014, 6, 2084 10.1002/cctc.201402080
38. Loveless, B. T.; Buda, C.; Neurock, M.; Iglesia, E. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 6107 10.1021/ja311848e
39. Shetty, S.; van Santen, R. A. Catal. Today 2011, 171, 168 10.1016/j.cattod.2011.04.006
40. Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1994, 49, 14251 10.1103/PhysRevB.49.14251
41. Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1993, 47, 558 10.1103/PhysRevB.47.558
42. Kresse, G.; Furthmüller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15 10.1016/0927-0256(96)00008-0
43. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865 10.1103/PhysRevLett.77.3865
44. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1396 10.1103/PhysRevLett.78.1396
45. Maintz, S.; Deringer, V. L.; Tchougréeff, A. L.; Dronskowski, R. J. Comput. Chem. 2013, 34, 2557 10.1002/jcc.23424
46. Deringer, V. L.; Tchougréeff, A. L.; Dronskowski, R. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 5461 10.1021/jp202489s
47. Dronskowski, R.; Bloechl, P. E. J. Phys. Chem. 1993, 97, 8617 10.1021/j100135a014
48. Hoffmann, R. Solids and surfaces: a chemist’s view of bonding in extended structures; VCH Publishers: Weinheim, 1988.
49. Hughbanks, T.; Hoffmann, R. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 3528 10.1021/ja00349a027
50. Comas-Vives, A.; Furman, K.; Gajan, D.; Akatay, M. C.; Lesage, A.; Ribeiro, F. H.; Coperet, C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 1969 10.1039/C5CP06710C
51. Zhang, X.-Q.; Iype, E.; Nedea, S. V.; Jansen, A. P. J.; Szyja, B. M.; Hensen, E. J. M.; van Santen, R. A. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 6882 10.1021/jp500053u
52. Wellendorff, J.; Silbaugh, T. L.; Garcia-Pintos, D.; Nørskov, J. K.; Bligaard, T.; Studt, F.; Campbell, C. T. Surf. Sci. 2015, 640, 36 10.1016/j.susc.2015.03.023
53. Blake, A. J.; Dyson, P. J.; Ingham, S. L.; Johnson, B. F. G.; Martin, C. M. Inorg. Chim. Acta 1995, 240, 29 10.1016/0020-1693(95)04512-0
54. Ingham, S. L.; Johnson, B. F. G.; Martin, C. M.; Parker, D. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1995, 0, 159 10.1039/C39950000159
55. Zaera, F.; Kollin, E.; Gland, J. L. Chem. Phys. Lett. 1985, 121, 464 10.1016/0009-2614(85)87214-6
56. Moon, D. W.; Cameron, S.; Zaera, F.; Eberhardt, W.; Carr, R.; Bernasek, S. L.; Gland, J. L.; Dwyer, D. J. Surf. Sci. 1987, 180, L123 10.1016/0039-6028(87)90033-1
57. Shinn, N. D.; Madey, T. E. Phys. Rev. Lett. 1985, 54, 852 10.1103/PhysRevLett.54.852.4
58. Hoffmann, F. M.; de Paola, R. A. Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 1697 10.1103/PhysRevLett.52.1697
59. Shinn, N. D.; Trenary, M.; McClellan, M. R.; McFeely, F. R. J. Chem. Phys. 1981, 75, 3142 10.1063/1.442370
60. Filot, I. A. W.; Shetty, S. G.; Hensen, E. J. M.; van Santen, R. A. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 14204 10.1021/jp201783f
61. Melander, M.; Latsa, V.; Laasonen, K. J. Chem. Phys. 2013, 139, 164320 10.1063/1.4827078
62. Nandula, A.; Trinh, Q. T.; Saeys, M.; Alexandrova, A. N. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 5312 10.1002/anie.201501049
63. Cusinato, L.; Martinez-Prieto, L. M.; Chaudret, B.; del Rosal, I.; Poteau, R. Nanoscale 2016, 8, 10974 10.1039/C6NR01191H
64. Hibbitts, D. D.; Loveless, B. T.; Neurock, M.; Iglesia, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 12273 10.1002/anie.201304610
65. Hibbitts, D.; Dybeck, E.; Lawlor, T.; Neurock, M.; Iglesia, E. J. Catal. 2016, 337, 91 10.1016/j.jcat.2016.01.010
66. Hibbitts, D.; Iglesia, E. Acc. Chem. Res. 2015, 48, 1254 10.1021/acs.accounts.5b00063
67. Kresse, G.; Gil, A.; Sautet, P. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2003, 68, 073401 10.1103/PhysRevB.68.073401
68. Filot, I. A. W.; Fariduddin, F.; Broos, R. J. P.; Zijlstra, B.; Hensen, E. J. M. Catal. Today 2016, 275, 111 10.1016/j.cattod.2015.10.009