The temperature dependent dehydrogenation of naphthalene on Ni(111) has been investigated using vibrational sum-frequency generation spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, scanning tunneling microscopy, and density functional theory with the aim of discerning the reaction mechanism and the intermediates on the surface. At 110 K, multiple layers of naphthalene adsorb on Ni(111); the first layer is a flat lying chemisorbed monolayer, whereas the next layer(s) consist of physisorbed naphthalene. The aromaticity of the carbon rings in the first layer is reduced due to bonding to the surface Ni-atoms. Heating at 200 K causes desorption of the multilayers. At 360 K, the chemisorbed naphthalene monolayer starts dehydrogenating and the geometry of the molecules changes as the dehydrogenated carbon atoms coordinate to the nickel surface; thus, the molecule tilts with respect to the surface, recovering some of its original aromaticity. This effect peaks at 400 K and coincides with hydrogen desorption. Increasing the temperature leads to further dehydrogenation and production of H2 gas, as well as the formation of carbidic and graphitic surface carbon.

1.
K.
Engvall
,
H.
Kusar
,
K.
Sjöström
, and
L. J.
Pettersson
,
Top. Catal.
54
,
949
(
2011
).
2.
C.
Okkerse
and
H.
van Bekkum
,
Green Chem.
1
,
107
(
1999
).
3.
R. J.
Evans
and
T. A.
Milne
, in
Developments in Thermochemical Biomass Conversion
, edited by
A. V.
Bridgewater
and
D. G. B.
Boocock
(
Blackie Academic & Professional
,
London
,
1997
), Vol. 2, p.
803
.
4.
J.
Rostrup-Nielsen
and
L. J.
Christiansen
,
Concepts in Syngas Manufacture
(
World Scientific Publishing Company
,
Singapore, USA
,
2011
).
5.
L.
Devi
,
K. J.
Ptasinski
, and
F. J. J. G.
Janssen
,
Biomass Bioenergy
24
,
125
(
2003
).
6.
H.
Öström
,
L.
Triguero
,
M.
Nyberg
,
H.
Ogasawara
,
L. G.
Pettersson
, and
A.
Nilsson
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
046102
(
2003
).
7.
M. G.
Yazdi
,
P. H.
Moud
,
K.
Marks
,
W.
Piskorz
,
H.
Öström
,
T.
Hansson
,
A.
Kotarba
,
K.
Engvall
, and
M.
Göthelid
,
J. Phys. Chem. C
121
,
22199
(
2017
).
8.
D.
Dahlgren
and
J. C.
Hemminger
,
Surf. Sci.
114
,
459
(
1982
).
9.
D.
Dahlgren
and
J. C.
Hemminger
,
Surf. Sci.
109
,
L513
(
1981
).
10.
J. L.
Gland
and
G. A.
Somorjai
,
Surf. Sci.
38
,
157
(
1973
).
11.
A.
Gavezzotti
and
M.
Simonetta
,
Surf. Sci.
116
,
L207
(
1982
).
12.
V. M.
Hallmark
,
S.
Chiang
, and
C.
Wöll
,
J. Vac. Sci. Technol., B
9
,
1111
(
1991
).
13.
V. M.
Hallmark
,
S.
Chiang
,
J. K.
Brown
, and
C.
Wöll
,
Phys. Rev. Lett.
66
,
48
(
1991
).
14.
G.
Santarossa
,
M.
Iannuzzi
,
A.
Vargas
, and
A.
Baiker
,
ChemPhysChem
9
,
401
(
2008
).
15.
R.
Forker
,
J.
Peuker
,
M.
Meissner
,
F.
Sojka
,
T.
Ueba
,
T.
Yamada
,
H. S.
Kato
,
T.
Munakata
, and
T.
Fritz
,
Langmuir
30
,
14163
(
2014
).
16.
H.
Wang
,
G.
Dutton
, and
X.-Y.
Zhu
,
J. Phys. Chem. B
104
,
10332
(
2000
).
17.
W.
Zhao
,
W.
Wei
, and
J. M.
White
,
Surf. Sci.
547
,
374
(
2003
).
18.
T.
Yamada
,
M.
Shibuta
,
Y.
Ami
,
Y.
Takano
,
A.
Nonaka
,
K.
Miyakubo
, and
T.
Munakata
,
J. Phys. Chem. C
114
13334
(
2010
).
19.
R. F.
Lin
,
R. J.
Koestner
,
M. A.
Van Hove
, and
G. A.
Somorjai
,
Surf. Sci.
134
,
161
(
1983
).
20.
T.
Rockey
and
H.-L.
Dai
,
Surf. Sci.
601
,
2307
(
2007
).
21.
K. H.
Frank
,
P.
Yannoulis
,
R.
Dudde
, and
E. E.
Koch
,
J. Chem. Phys.
89
,
7569
(
1988
).
22.
L. E.
Firment
and
G. A.
Somorjai
,
J. Chem. Phys.
63
,
1037
(
1975
).
23.
W. X.
Huang
and
J. M.
White
,
J. Phys. Chem. B
108
,
5060
(
2004
).
24.
E. L.
Kolsbjerg
,
G.
Goubert
,
P. H.
McBreen
, and
B.
Hammer
,
J. Chem. Phys.
148
,
124703
(
2018
).
25.
M.
Weinelt
,
N.
Wassdahl
,
T.
Wiell
,
O.
Karis
,
J.
Hasselström
,
P.
Bennich
, and
A.
Nilsson
,
Phys. Rev. B
58
,
7351
(
1998
).
26.
27.
Z.
Li
,
P.
Wu
,
C.
Wang
,
X.
Fan
,
W.
Zhang
,
X.
Zhai
,
C.
Zeng
,
Z.
Li
,
J.
Yang
, and
J.
Hou
,
ACS Nano
5
,
3385
(
2011
).
28.
W.
Zhao
,
S. M.
Kozlov
,
O.
Höfert
,
K.
Gotterbarm
,
M. P. A.
Lorenz
,
F.
Viñes
,
C.
Papp
,
A.
Görling
, and
H.-P.
Steinrück
,
J. Phys. Chem. Lett.
2
,
759
(
2011
).
29.
B.
Wang
,
M.
König
,
C. J.
Bromley
,
B.
Yoon
,
M.-J.
Treanor
,
J. A.
Garrido Torres
,
M.
Caffio
,
F.
Grillo
,
H.
Früchtl
,
N. V.
Richardson
,
F.
Esch
,
U.
Heiz
,
U.
Landman
, and
R.
Schaub
,
J. Phys. Chem. C
121
,
9413
(
2017
).
30.
J.
Lahiri
,
T.
Miller
,
L.
Adamska
,
I. I.
Oleynik
, and
M.
Batzill
,
Nano Lett.
11
,
518
(
2011
).
31.
R.
Rameshan
,
V.
Vonk
,
D.
Franz
,
J.
Drnec
,
S.
Penner
,
A.
Garhofer
,
F.
Mittendorfer
,
A.
Stierle
, and
B.
Klotzer
,
Sci. Rep.
8
,
2662
(
2018
).
32.
L. L.
Patera
,
C.
Africh
,
R. S.
Weatherup
,
R.
Blume
,
S.
Bhardwaj
,
C.
Castellarin-Cudia
,
A.
Knop-Gericker
,
R.
Schloegl
,
G.
Comelli
,
S.
GHofmann
, and
C.
Cepek
,
ACS Nano
7
,
7901
(
2013
).
33.
M.
Bonn
,
H.
Ueba
, and
M.
Wolf
,
J. Phys.: Condens. Matter
17
,
S201
(
2005
).
34.
E.
Giangrisostomi
,
R.
Ovsyannikov
,
F.
Sorgenfrei
,
T.
Zhang
,
A.
Lindblad
,
Y.
Sassa
,
U. B.
Cappel
,
T.
Leitner
,
R.
Mitzner
,
S.
Svensson
,
N.
Mårtensson
, and
A.
Föhlisch
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
224
,
68
(
2018
).
35.
S.
Grimme
,
J. Comput. Chem.
27
,
1787
(
2006
).
36.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
47
,
558
(
1993
).
37.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
49
,
14251
(
1994
).
39.
M.
Methfessel
and
A. T.
Paxton
,
Phys. Rev. B
40
,
3616
(
1989
).
40.
T. A.
Manz
and
D. S.
Sholl
,
J. Chem. Theory Comput.
6
,
2455
(
2010
).
41.
T. A.
Manz
and
D. S.
Sholl
,
J. Chem. Theory Comput.
8
,
2844
(
2012
).
42.
C.
Kittel
,
Introduction to Solid State Physics
, 8th ed. (
John Wiley & Sons, Inc
,
2005
), p.
328
.
43.
G.
Henkelman
and
H.
Jonsson
,
J. Chem. Phys.
113
,
9978
(
2000
).
44.
H.
Arnolds
and
M.
Bonn
,
Surf. Sci. Rep.
65
,
45
(
2010
).
45.
H. A.
Pearce
and
N.
Sheppard
,
Surf. Sci.
59
,
205
(
1976
).
46.
P.
Jakob
and
D.
Menzel
,
Surf. Sci.
220
,
70
(
1989
).
47.
S.
Lehwald
,
H.
Ibach
, and
J. E.
Demuth
,
Surf. Sci.
78
,
577
(
1978
).
48.
H.
Öström
,
A.
Föhlisch
,
M.
Nyberg
,
M.
Weinelt
,
C.
Heske
,
L. G. M.
Pettersson
, and
A.
Nilsson
,
Surf. Sci.
559
,
85
(
2004
).
49.
F. S.
Thomas
,
N. S.
Chen
,
L. P.
Ford
, and
R. I.
Masel
,
Surf. Sci.
486
,
1
(
2001
).
50.
L.
Asplund
,
U.
Gelius
,
S.
Hedman
,
K.
Helenelund
,
K.
Siegbahn
, and
P. E. M.
Siegbahn
,
J. Phys. B: At. Mol. Phys.
18
,
1569
(
1985
).
51.
U.
Gelius
,
S.
Svensson
,
H.
Siegbahn
,
E.
Basilier
,
Å.
Faxälv
, and
K.
Siegbahn
,
Chem. Phys. Lett.
28
,
1
(
1974
).
52.
R.
Haerle
,
E.
Riedo
,
A.
Pasquarello
, and
A.
Baldereschi
,
Phys. Rev. B
65
,
045101
(
2001
).
53.
A.
Wiltner
and
C.
Linsmeier
,
Surf. Sci.
602
,
3623
(
2008
).
54.
E. O. F.
Zdansky
,
A.
Nilsson
, and
N.
Mårtensson
,
Surf. Sci.
310
,
L583
(
1994
).
55.
S. J.
Carey
,
W.
Zhao
, and
C. T.
Campbell
,
Surf. Sci.
676
,
9
(
2018
).
56.
T. E.
Madey
and
J. T.
Yates
, Jr.
,
Surf. Sci.
76
,
397
(
1978
).
57.
N. G.
Limas
and
T. A.
Manz
,
RSC Adv.
8
,
2678
(
2018
).
58.
59.
60.
G. W.
Watson
,
R. P. K.
Wells
,
D. J.
Willock
, and
G. J.
Hutching
,
J. Phys. Chem. B
105
,
4889
(
2001
).
61.
G. X.
Cao
,
E.
Nabighian
, and
X. D.
Zhu
,
Phys. Rev. Lett.
79
,
3696
(
1997
).
62.
H.
Öberg
,
Y.
Nestsiarenka
,
A.
Matsuda
,
J.
Gladh
,
T.
Hansson
,
L. G. M.
Pettersson
, and
H.
Öström
,
J. Phys. Chem. C
116
,
9550
(
2012
).
You do not currently have access to this content.