Methane dissociation on the step and terrace sites of a Pt(211) single crystal was studied by reflection absorption infrared spectroscopy (RAIRS) at a surface temperature of 120 K. The C—H stretch RAIRS signal of the chemisorbed methyl product species was used to distinguish between adsorption on step and terrace sites allowing methyl uptake to be monitored as a function of incident kinetic energy for both sites. Our results indicate a direct dissociation mechanism on both sites with higher reactivity on steps than on terraces consistent with a difference in an activation barrier height of at least 30 kJ/mol. State-specific preparation of incident CH4 with one quantum of antisymmetric (ν3) stretch vibration further increases the CH4 reactivity enabling comparison between translational and vibrational activation on both steps and terraces. The reaction is modeled with first principles quantum theory that accurately describes dissociative chemisorption at different sites on the surface.

1.
C.
Stegelmann
,
A.
Andreasen
, and
C. T.
Campbell
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
8077
(
2009
).
2.
I.
Chorkendorff
and
J. W.
Niemantsverdriet
,
Concepts of Modern Catalysis and Kinetics
(
Wiley-VCH
,
Weinheim
,
2003
).
3.
R. R.
Smith
,
D. R.
Killelea
,
D. F.
DelSesto
, and
A. L.
Utz
,
Science
304
,
992
(
2004
).
4.
R. D.
Beck
,
P.
Maroni
,
D. C.
Papageorgopoulos
,
T. T.
Dang
,
M. P.
Schmid
, and
T. R.
Rizzo
,
Science
302
,
98
(
2003
).
5.
P. M.
Hundt
,
H.
Ueta
,
M. E.
van Reijzen
,
B.
Jiang
,
H.
Guo
, and
R. D.
Beck
,
J. Phys. Chem. A
119
,
12442
(
2015
).
6.
P. M.
Hundt
,
M. E.
van Reijzen
,
H.
Ueta
, and
R. D.
Beck
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
1963
(
2014
).
7.
D. R.
Killelea
,
V. L.
Campbell
,
N. S.
Shuman
, and
A. L.
Utz
,
Science
319
,
790
(
2008
).
8.
L.
Chen
,
H.
Ueta
,
R.
Bisson
, and
R. D.
Beck
,
Faraday Discuss.
157
,
285
(
2012
).
9.
B. L.
Yoder
,
R.
Bisson
, and
R. D.
Beck
,
Science
329
,
553
(
2010
).
10.
B. L.
Yoder
,
R.
Bisson
,
P. M.
Hundt
, and
R. D.
Beck
,
J. Chem. Phys.
135
,
224703
(
2011
).
11.
F.
Nattino
,
D.
Migliorini
,
G.-J.
Kroes
,
E.
Dombrowski
,
E. A.
High
,
D. R.
Killelea
, and
A. L.
Utz
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
,
2402
(
2016
).
12.
D.
Migliorini
,
H.
Chadwick
,
F.
Nattino
,
A.
Gutiérrez-González
,
E.
Dombrowski
,
E. A.
High
,
H.
Guo
,
A. L.
Utz
,
B.
Jackson
,
R. D.
Beck
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
4177
(
2017
).
13.
A. L.
Utz
,
Curr. Opin. Solid State Mater. Sci.
13
,
4
(
2009
).
14.
L. B. F.
Juurlink
,
D. R.
Killelea
, and
A. L.
Utz
,
Prog. Surf. Sci.
84
,
69
(
2009
).
15.
R. D.
Beck
and
A. L.
Utz
, in
Dynamics of Gas-Surface Interactions: Atomic-Level Understanding of Scattering Processes at Surfaces
, edited by
R.
Dâiez Muiäno
and
H. F.
Busnengo
(
Springer
,
Berlin
,
2013
).
16.
H.
Chadwick
and
R. D.
Beck
,
Chem. Soc. Rev.
45
,
3576
(
2016
).
17.
H.
Chadwick
and
R. D.
Beck
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
68
,
39
(
2017
).
18.
W. H.
Miller
,
N. C.
Handy
, and
J. E.
Adams
,
J. Chem. Phys.
72
,
99
(
1980
).
19.
B.
Jackson
and
S.
Nave
,
J. Chem. Phys.
138
,
174705
(
2013
).
20.
B.
Jackson
and
S.
Nave
,
J. Chem. Phys.
135
,
114701
(
2011
).
21.
B.
Jackson
,
F.
Nattino
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Chem. Phys.
141
,
054102
(
2014
).
22.
A.
Farjamnia
and
B.
Jackson
,
J. Chem. Phys.
142
,
234705
(
2015
).
23.
H.
Guo
and
B.
Jackson
,
J. Phys. Chem. C
119
,
14769
(
2015
).
24.
H.
Guo
and
B.
Jackson
,
J. Chem. Phys.
144
,
184709
(
2016
).
25.
B.
Jiang
,
M.
Yang
,
D.
Xie
, and
H.
Guo
,
Chem. Soc. Rev.
45
,
3621
(
2016
).
26.
L.
Chen
,
H.
Ueta
,
R.
Bisson
, and
R. D.
Beck
,
Rev. Sci. Instrum.
84
,
053902
(
2013
).
27.
G.
Scoles
,
Atomic and Molecular Beam Methods
(
Oxford University Press
,
New York
,
1988
).
28.
H.
Chadwick
,
P. M.
Hundt
,
M. E.
van Reijzen
,
B. L.
Yoder
, and
R. D.
Beck
,
J. Chem. Phys.
140
,
034321
(
2014
).
29.
M. R.
Tate
,
D.
Gosalvez-Blanco
,
D. P.
Pullman
,
A. A.
Tsekouras
,
Y. L.
Li
,
J. J.
Yang
,
K. B.
Laughlin
,
S. C.
Eckman
,
M. F.
Bertino
, and
S. T.
Ceyer
,
J. Chem. Phys.
111
,
3679
(
1999
).
30.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
47
,
558
(
1993
).
31.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Comput. Mater. Sci.
6
,
15
(
1996
).
32.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
33.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
49
,
14251
(
1994
).
34.
G.
Kresse
and
D.
Joubert
,
Phys. Rev. B
59
,
1758
(
1999
).
35.
P. E.
Blöchl
,
Phys. Rev. B
50
,
17953
(
1994
).
36.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
37.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
1396
(
1997
).
38.
F.
Nattino
,
D.
Migliorini
,
M.
Bonfanti
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Chem. Phys.
144
,
044702
(
2016
).
39.
B.
Hammer
,
L. B.
Hansen
, and
J. K.
Nørskov
,
Phys. Rev. B
59
,
7413
(
1999
).
40.
M.
Dion
,
H.
Rydberg
,
E.
Schröder
,
D. C.
Langreth
, and
B. I.
Lundqvist
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
246401
(
2004
).
41.
D. H.
Zhang
,
Q.
Wu
, and
J. Z. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
102
,
124
(
1995
).
42.
J.
Dai
and
J. Z. H.
Zhang
,
J. Phys. Chem.
100
,
6898
(
1996
).
43.
F.
Nattino
,
H.
Ueta
,
H.
Chadwick
,
M. E.
Van Reijzen
,
R. D.
Beck
,
B.
Jackson
,
M. C.
Van Hemert
, and
G.
Kroes
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
,
1294
(
2014
).
44.
A. K.
Tiwari
,
S.
Nave
, and
B.
Jackson
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
253201
(
2009
).
45.
A. K.
Tiwari
,
S.
Nave
, and
B.
Jackson
,
J. Chem. Phys.
132
,
134702
(
2010
).
46.
H.
Guo
,
A.
Farjamnia
, and
B.
Jackson
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
,
4576
(
2016
).
47.
A. C.
Luntz
and
J.
Harris
,
Surf. Sci.
258
,
397
(
1991
).
48.
J.
Fan
and
M.
Trenary
,
Langmuir
10
,
3649
(
1994
).
49.
D. H.
Fairbrother
,
X. D.
Peng
,
M.
Trenary
, and
P. C.
Stair
,
J. Chem. Soc., Faraday Trans.
91
,
3619
(
1995
).
50.
D. J.
Oakes
,
M. R. S.
McCoustra
, and
M. A.
Chesters
,
Faraday Discuss.
96
,
325
(
1993
).
51.
I. J.
Malik
,
M. E.
Brubaker
,
S. B.
Mohsin
, and
M.
Trenary
,
J. Chem. Phys.
87
,
5554
(
1987
).
52.
S.
Nave
,
A. K.
Tiwari
, and
B.
Jackson
,
J. Chem. Phys.
132
,
054705
(
2010
).
53.
S.
Nave
and
B.
Jackson
,
J. Chem. Phys.
130
,
054701
(
2009
).
54.
R. J.
Mukerji
,
A. S.
Bolina
, and
W. A.
Brown
,
Surf. Sci.
527
,
198
(
2003
).
55.
S. C.
Creighan
,
R. J.
Mukerji
,
A. S.
Bolina
,
D. W.
Lewis
, and
W. A.
Brown
,
Catal. Lett.
88
,
39
(
2003
).
56.
A. J.
Walsh
,
R.
van Lent
,
S.
V Auras
,
M. A.
Gleeson
,
O. T.
Berg
, and
L. B. F.
Juurlink
,
J. Vac. Sci. Technol. A
35
,
03E102
(
2017
).
57.
A.
Michaelides
and
P.
Hu
,
J. Chem. Phys.
114
,
2523
(
2001
).
58.
H.
Ueta
,
L.
Chen
,
R. D.
Beck
,
I.
Colón-Dìaz
, and
B.
Jackson
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
15
,
20526
(
2013
).
59.
C.
Papp
,
B.
Tränkenschuh
,
R.
Streber
,
T.
Fuhrmann
,
R.
Denecke
, and
H.-P.
Steinrück
,
J. Phys. Chem. C
111
,
2177
(
2007
).
60.
D. A.
King
and
M. G.
Wells
,
Surf. Sci.
29
,
454
(
1972
).
61.
H.
Chadwick
,
A.
Gutiérrez-González
, and
R. D.
Beck
,
J. Chem. Phys.
145
,
174707
(
2016
).
62.
A. C.
Luntz
,
J. Chem. Phys.
113
,
6901
(
2000
).
63.
K. G.
Prasanna
,
R. A.
Olsen
,
A.
Valdés
, and
G.-J.
Kroes
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
12
,
7654
(
2010
).
64.
S.
Nave
,
A. K.
Tawari
, and
B.
Jackson
,
J. Phys. Chem. A
118
,
9615
(
2014
).
65.
H.
Guo
and
B.
Jiang
,
Acc. Chem. Res.
47
,
3679
(
2014
).
You do not currently have access to this content.