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K atom promotion of O2 chemisorption on Au(111) Surface
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2019-02-19 , DOI: 10.1021/jacs.8b13843 Jindong Ren 1 , Yanan Wang 2, 3 , Jin Zhao 1, 2, 3 , Shijing Tan 1 , Hrvoje Petek 1
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2019-02-19 , DOI: 10.1021/jacs.8b13843 Jindong Ren 1 , Yanan Wang 2, 3 , Jin Zhao 1, 2, 3 , Shijing Tan 1 , Hrvoje Petek 1
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Alkali atoms are known to promote or poison surface catalytic chemistry. To explore alkali promotion of catalysis and to characterize discharge species in alkali-oxygen batteries, we examine coadsorption of K and O2 on Au(111) surface at the atomic scale by scanning tunneling microscopy (STM) and density functional theory (DFT). On a clean Au(111) surface, O2 molecules may weakly physisorb, but when Au(111) is decorated with K+ ions, they chemisorb into structures that depend on the adsorbate concentrations and substrate templating. At low K coverages, an ordered quantum lattice of K2O2 complexes forms through intramolecular attractive and intermolecule repulsive interactions. For higher K and O2 coverages, the K2O2 complexes condense first into triangular islands, which further coalesce into rhombohedral islands, and ultimately into incommensurate films. No structures display internal contrast possibly because of high structural mutability. DFT calculations explain the alkali-promoted coadsorption in terms of three center, cation-π interactions where pairs of K+ coordinate the π-orbitals on each side of O2 molecules, and in addition O2 forms a covalent bond to Au(111) surface. The K promoted adsorption of O2 is catalyzed by charge transfer from K atoms to Au(111) substrate and ultimately to O2 molecules, forming O2-δ in a redox state between the peroxo and superoxo. Tunneling d I/d V spectra of K2O2 complexes exhibit inordinately intense inelastic progression involving excitation of the O-O stretching vibration, but absence of a Kondo effect suggests that the magnetic moment of O2 is quenched.
中文翻译：
K原子促进Au(111)表面O2化学吸附
已知碱原子会促进或毒化表面催化化学。为了探索碱对催化的促进作用并表征碱-氧电池中的放电物种，我们通过扫描隧道显微镜 (STM) 和密度泛函理论 (DFT) 在原子尺度上研究了 K 和 O2 在 Au(111) 表面上的共吸附。在干净的 Au(111) 表面上，O2 分子可能会弱物理吸附，但是当 Au(111) 用 K+ 离子装饰时，它们会化学吸附到取决于吸附物浓度和基板模板的结构中。在低 K 覆盖率下，K2O2 复合物的有序量子晶格通过分子内吸引力和分子间排斥相互作用形成。对于更高的 K 和 O2 覆盖率，K2O2 复合物首先凝结成三角形岛，然后进一步合并成菱形岛，并最终变成不相称的电影。没有结构显示内部对比度可能是因为高结构可变性。DFT 计算根据三个中心、阳离子-π 相互作用来解释碱促进的共吸附，其中 K+ 对协调 O2 分子每一侧的 π 轨道，此外 O2 与 Au(111) 表面形成共价键。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。没有结构显示内部对比度可能是因为高结构可变性。DFT 计算根据三个中心、阳离子-π 相互作用来解释碱促进的共吸附，其中 K+ 对协调 O2 分子每一侧的 π 轨道，此外 O2 与 Au(111) 表面形成共价键。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。没有结构显示内部对比度可能是因为高结构可变性。DFT 计算根据三个中心、阳离子-π 相互作用来解释碱促进的共吸附，其中 K+ 对协调 O2 分子每一侧的 π 轨道，此外 O2 与 Au(111) 表面形成共价键。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。DFT 计算根据三个中心、阳离子-π 相互作用来解释碱促进的共吸附，其中 K+ 对协调 O2 分子每一侧的 π 轨道，此外 O2 与 Au(111) 表面形成共价键。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。DFT 计算根据三个中心、阳离子-π 相互作用来解释碱促进的共吸附，其中 K+ 对协调 O2 分子每一侧的 π 轨道，此外 O2 与 Au(111) 表面形成共价键。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。
更新日期：2019-02-19
中文翻译：
K原子促进Au(111)表面O2化学吸附
已知碱原子会促进或毒化表面催化化学。为了探索碱对催化的促进作用并表征碱-氧电池中的放电物种，我们通过扫描隧道显微镜 (STM) 和密度泛函理论 (DFT) 在原子尺度上研究了 K 和 O2 在 Au(111) 表面上的共吸附。在干净的 Au(111) 表面上，O2 分子可能会弱物理吸附，但是当 Au(111) 用 K+ 离子装饰时，它们会化学吸附到取决于吸附物浓度和基板模板的结构中。在低 K 覆盖率下，K2O2 复合物的有序量子晶格通过分子内吸引力和分子间排斥相互作用形成。对于更高的 K 和 O2 覆盖率，K2O2 复合物首先凝结成三角形岛，然后进一步合并成菱形岛，并最终变成不相称的电影。没有结构显示内部对比度可能是因为高结构可变性。DFT 计算根据三个中心、阳离子-π 相互作用来解释碱促进的共吸附，其中 K+ 对协调 O2 分子每一侧的 π 轨道，此外 O2 与 Au(111) 表面形成共价键。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。没有结构显示内部对比度可能是因为高结构可变性。DFT 计算根据三个中心、阳离子-π 相互作用来解释碱促进的共吸附，其中 K+ 对协调 O2 分子每一侧的 π 轨道，此外 O2 与 Au(111) 表面形成共价键。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。没有结构显示内部对比度可能是因为高结构可变性。DFT 计算根据三个中心、阳离子-π 相互作用来解释碱促进的共吸附，其中 K+ 对协调 O2 分子每一侧的 π 轨道，此外 O2 与 Au(111) 表面形成共价键。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。DFT 计算根据三个中心、阳离子-π 相互作用来解释碱促进的共吸附，其中 K+ 对协调 O2 分子每一侧的 π 轨道，此外 O2 与 Au(111) 表面形成共价键。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。DFT 计算根据三个中心、阳离子-π 相互作用来解释碱促进的共吸附，其中 K+ 对协调 O2 分子每一侧的 π 轨道，此外 O2 与 Au(111) 表面形成共价键。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。K 促进 O2 的吸附是通过电荷从 K 原子转移到 Au(111) 底物并最终转移到 O2 分子来催化的，在过氧和超氧之间形成氧化还原状态的 O2-δ。K2O2 复合物的隧道 d I/d V 谱表现出异常强烈的非弹性进展，涉及 OO 伸缩振动的激发，但没有近藤效应表明 O2 的磁矩被淬灭。
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