DFT-исследование потенциальных барьеров и траектории адсорбции/десорбции CO₂ и диссоциации CO₂ на кластеры, моделирующие поверхности Fe (100), (110) и (111)

Расчеты по теории функционала плотности (DFT) были выполнены для исследования влияния типа кристаллографической поверхности железа на потенциальный барьер адсорбции и десорбции CO₂, а также траекторию движения CO₂. С использованием оригинальной методики моделирования процессов адсорбции и десорбции найдено, что потенциальный барьер адсорбции CO₂ на Fe (111) практически отсутствует (~0.01 эВ). В то же время потенциальные барьеры адсорбции CO₂ на Fe (100) и Fe (110) составляют 0.10 эВ и 0.26 эВ соответственно. Наиболее стабильной конфигурацией адсорбции CO₂ на рассматриваемых гранях Fe является CO₂, адсорбированный на Fe (111) с тепловым эффектом –1.16 эВ, тогда как энергии адсорбции CO₂ на Fe (100) и Fe (110) составляют –0.87 и –0.15 эВ соответственно. Найденные значения хорошо согласуются с литературными данными. Было показано, что в случае плоских граней Fe (100) и (110) наиболее энергетически выгодная траектория адсорбции CO₂ проходит через мостиковую форму адсорбции (расположенную вблизи двух соседних атомов Fe). Тенденция к самопроизвольной диссоциации молекулы CO₂ на стадии десорбции была обнаружена на расстоянии ~2.66 Å от поверхности Fe (100). Анализ заряда десорбирующейся молекулы СО₂ и распределения спиновой плотности электронов позволяет сделать вывод, что диссоциация вызвана возбуждением молекулы CO₂, сопровождающейся перестройкой спиновой плотности как молекулы СО₂, так и поверхностных атомов Fe (100), а не переносом заряда, как это было показано ранее. Диссоциация CO₂ на стадии адсорбции на грани Fe (100) не была обнаружена на кластерах, моделирующих другие грани Fe.