The effect of surface mode vibrations on the reactive scattering of D2, initialized in the ground rovibrational state (v = 0, j = 0), from a Cu(111) surface is investigated for different surface temperature situations. We adopt a time and temperature dependent effective Hamiltonian [Dutta et al., J. Chem. Phys. 154, 104103 (2021)] constructed by combining the linearly coupled many oscillator model [Sahoo et al., J. Chem. Phys. 136, 084306 (2012)] and the static corrugation model [M. Wijzenbroek and M. F. Somers, J. Chem. Phys. 137, 054703 (2012)] potential within the mean-field approach. Such an effective Hamiltonian is employed for six-dimensional quantum dynamical calculations to obtain temperature dependent reaction and state-to-state scattering probability profiles as a function of incidence energy of colliding D2 molecules. As reported in the experimental studies, the movements of surface atoms modify the dissociative scattering dynamics at higher surface temperature by exhibiting vibrational quantum and surface atoms’ recoil effects in the low and high collision energy domains, respectively. Finally, we compare our present theoretical results with the experimental and other theoretical outcomes, as well as discuss the novelty of our findings.

1.
G.
Ertl
,
Angew. Chem., Int. Ed.
47
,
3524
(
2008
).
2.
C.
Smith
,
A. K.
Hill
, and
L.
Torrente-Murciano
,
Energy Environ. Sci.
13
,
331
(
2020
).
4.
L. C.
Grabow
and
M.
Mavrikakis
,
ACS Catal.
1
,
365
(
2011
).
5.
M.
Behrens
,
F.
Studt
,
I.
Kasatkin
,
S.
Kühl
,
M.
Hävecker
,
F.
Abild-Pedersen
,
S.
Zander
,
F.
Girgsdies
,
P.
Kurr
,
B.-L.
Kniep
,
M.
Tovar
,
R. W.
Fischer
,
J. K.
Nørskov
, and
R.
Schlögl
,
Science
336
,
893
(
2012
).
6.
E.
Watts
and
G. O.
Sitz
,
J. Chem. Phys.
114
,
4171
(
2001
).
7.
H. A.
Michelsen
,
C. T.
Rettner
,
D. J.
Auerbach
, and
R. N.
Zare
,
J. Chem. Phys.
98
,
8294
(
1993
).
8.
H. A.
Michelsen
and
D. J.
Auerbach
,
J. Chem. Phys.
94
,
7502
(
1991
).
9.
H. A.
Michelsen
,
C. T.
Rettner
, and
D. J.
Auerbach
,
Surf. Sci.
272
,
65
(
1992
).
10.
C. T.
Rettner
,
H. A.
Michelsen
, and
D. J.
Auerbach
,
Faraday Discuss.
96
,
17
(
1993
).
11.
C. T.
Rettner
,
H. A.
Michelsen
, and
D. J.
Auerbach
,
J. Chem. Phys.
102
,
4625
(
1995
).
12.
C. T.
Rettner
,
H. A.
Michelsen
, and
D. J.
Auerbach
,
Chem. Phys.
175
,
157
(
1993
).
13.
C. T.
Rettner
,
D. J.
Auerbach
, and
H. A.
Michelsen
,
Phys. Rev. Lett.
68
,
1164
(
1992
).
14.
H.
Hou
,
S. J.
Gulding
,
C. T.
Rettner
,
A. M.
Wodtke
, and
D. J.
Auerbach
,
Science
277
,
80
(
1997
).
15.
M. J.
Murphy
and
A.
Hodgson
,
J. Chem. Phys.
108
,
4199
(
1998
).
16.
S.
Kaufmann
,
Q.
Shuai
,
D. J.
Auerbach
,
D.
Schwarzer
, and
A. M.
Wodtke
,
J. Chem. Phys.
148
,
194703
(
2018
).
17.
Z. S.
Wang
,
G. R.
Darling
, and
S.
Holloway
,
Phys. Rev. Lett.
87
,
226102
(
2001
).
18.
S.
Nave
and
B.
Jackson
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
173003
(
2007
).
19.
A. K.
Tiwari
,
S.
Nave
, and
B.
Jackson
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
253201
(
2009
).
20.
A. K.
Tiwari
,
S.
Nave
, and
B.
Jackson
,
J. Chem. Phys.
132
,
134702
(
2010
).
21.
G. D.
Billing
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
4
,
2865
(
2002
).
22.
C.
Díaz
,
E.
Pijper
,
R. A.
Olsen
,
H. F.
Busnengo
,
D. J.
Auerbach
, and
G. J.
Kroes
,
Science
326
,
832
(
2009
).
23.
C.
Díaz
,
R. A.
Olsen
,
D. J.
Auerbach
, and
G. J.
Kroes
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
12
,
6499
(
2010
).
24.
M.
Hand
and
J.
Harris
,
J. Chem. Phys.
92
,
7610
(
1990
).
25.
A. C.
Luntz
and
M.
Persson
,
J. Chem. Phys.
123
,
074704
(
2005
).
26.
M.
Dohle
and
P.
Saalfrank
,
Surf. Sci.
373
,
95
(
1997
).
27.
F.
Lüder
,
M.
Nest
, and
P.
Saalfrank
,
Theor. Chem. Acc.
127
,
183
(
2010
).
28.
S.
Adhikari
and
G. D.
Billing
,
J. Chem. Phys.
112
,
3884
(
2000
).
29.
T.
Sahoo
,
S.
Sardar
, and
S.
Adhikari
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
10100
(
2011
).
30.
T.
Sahoo
,
S.
Sardar
,
P.
Mondal
,
B.
Sarkar
, and
S.
Adhikari
,
J. Phys. Chem. A
115
,
5256
(
2011
).
31.
T.
Sahoo
,
S.
Sardar
, and
S.
Adhikari
,
Phys. Scr.
84
,
028105
(
2011
).
32.
T.
Sahoo
,
S.
Mukherjee
, and
S.
Adhikari
,
J. Chem. Phys.
136
,
084306
(
2012
).
33.
F.
Nattino
,
A.
Genova
,
M.
Guijt
,
A. S.
Muzas
,
C.
Díaz
,
D. J.
Auerbach
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Chem. Phys.
141
,
124705
(
2014
).
34.
M. D.
Feit
,
J. A.
Fleck
, and
A.
Steiger
,
J. Comput. Phys.
47
,
412
(
1982
).
35.
B.
Jackson
and
S.
Nave
,
J. Chem. Phys.
135
,
114701
(
2011
).
36.
T.
Liu
,
B.
Fu
, and
D. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
141
,
194302
(
2014
).
37.
M.
Wijzenbroek
and
M. F.
Somers
,
J. Chem. Phys.
137
,
054703
(
2012
).
38.
G.-J.
Kroes
and
C.
Díaz
,
Chem. Soc. Rev.
45
,
3658
(
2016
).
39.
L.
Zhu
,
Y.
Zhang
,
L.
Zhang
,
X.
Zhou
, and
B.
Jiang
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
22
,
13958
(
2020
).
40.
P.
Spiering
,
M.
Wijzenbroek
, and
M. F.
Somers
,
J. Chem. Phys.
149
,
234702
(
2018
).
41.
J.
Dutta
,
S.
Mandal
,
S.
Adhikari
,
P.
Spiering
,
J.
Meyer
, and
M. F.
Somers
,
J. Chem. Phys.
154
,
104103
(
2021
).
42.
J.
Dutta
,
S.
Mandal
, and
S.
Adhikari
,
Chem. Phys.
552
,
111371
(
2022
).
43.
B.
Smits
and
M. F.
Somers
,
J. Chem. Phys.
154
,
074710
(
2021
).
44.
B.
Smits
,
L. G. B.
Litjens
, and
M. F.
Somers
,
J. Chem. Phys.
156
,
214706
(
2022
).
45.
E. W. F.
Smeets
and
G.-J.
Kroes
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
23
,
7875
(
2021
).
46.
G.-J.
Kroes
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
23
,
8962
(
2021
).
47.
H. F.
Busnengo
,
A.
Salin
, and
W.
Dong
,
J. Chem. Phys.
112
,
7641
(
2000
).
48.
F.
Nattino
,
C.
Díaz
,
B.
Jackson
, and
G.-J.
Kroes
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
236104
(
2012
).
49.
G.-J.
Kroes
,
J. Phys. Chem. Lett.
6
,
4106
(
2015
).
50.
X.
Zhou
,
Y.
Zhang
,
R.
Yin
,
C.
Hu
, and
B.
Jiang
,
Chin. J. Chem.
39
,
2917
(
2021
).
51.
M.
Bonfanti
,
M. F.
Somers
,
C.
Díaz
,
H. F.
Busnengo
, and
G.-J.
Kroes
,
Z. Phys. Chem.
227
,
1397
(
2013
).
52.
S.
Mandal
,
S.
Ghosh
,
S. S.
Sardar
, and
S.
Adhikari
,
Int. Rev. Phys. Chem.
37
,
607
(
2019
).
53.
Y.
Huang
,
W.
Zhu
,
D. J.
Kouri
, and
D. K.
Hoffman
,
Chem. Phys. Lett.
206
,
96
(
1993
).
54.
M.
Beck
,
A.
Jäckle
,
G. A.
Worth
, and
H.-D.
Meyer
,
Phys. Rep.
324
,
1
(
2000
).
55.
H.
Guo
,
J. P.
Menzel
, and
B.
Jackson
,
J. Chem. Phys.
149
,
244704
(
2018
).
56.
H.
Guo
and
B.
Jackson
,
J. Chem. Phys.
150
,
204703
(
2019
).
57.
P.
Spiering
and
J.
Meyer
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
,
1803
(
2018
).
58.
B.
Jiang
,
J.
Li
, and
H.
Guo
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
5120
(
2020
).
59.
R.
Welsch
,
K.
Song
,
Q.
Shi
,
S. C.
Althorpe
, and
T. F.
Miller
,
J. Chem. Phys.
145
,
204118
(
2016
).
60.
Q.
Liu
,
L.
Zhang
,
Y.
Li
, and
B.
Jiang
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
7475
(
2019
).
61.
H.
Jiang
,
M.
Kammler
,
F.
Ding
,
Y.
Dorenkamp
,
F. R.
Manby
,
A. M.
Wodtke
,
T. F.
Miller
,
A.
Kandratsenka
, and
O.
Bünermann
,
Science
364
,
379
(
2019
).
62.
J.
Behler
,
Int. J. Quantum Chem.
115
,
1032
(
2015
).
63.
A.
Groß
and
A.
Dianat
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
206107
(
2007
).
64.
B.
Jackson
,
F.
Nattino
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Chem. Phys.
141
,
054102
(
2014
).
65.
G.-J.
Kroes
,
J. I.
Juaristi
, and
M.
Alducin
,
J. Phys. Chem. C
121
,
13617
(
2017
).
66.
C.
Díaz
,
R. A.
Olsen
,
H. F.
Busnengo
, and
G. J.
Kroes
,
J. Phys. Chem. C
114
,
11192
(
2010
).
67.
B.
Jiang
and
H.
Guo
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
,
24704
(
2014
).
68.
M.
Wijzenbroek
,
D. M.
Klein
,
B.
Smits
,
M. F.
Somers
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Phys. Chem. A
119
,
12146
(
2015
).
69.
J.
Chen
,
X.
Zhou
,
Y.
Zhang
, and
B.
Jiang
,
Nat. Commun.
9
,
4039
(
2018
).
70.
E. W. F.
Smeets
,
J.
Voss
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Phys. Chem. A
123
,
5395
(
2019
).
71.
A.
Gonzalez-Lafont
,
T. N.
Truong
, and
D. G.
Truhlar
,
J. Phys. Chem.
95
,
4618
(
1991
).
72.
Y.-Y.
Chuang
,
M. L.
Radhakrishnan
,
P. L.
Fast
,
C. J.
Cramer
, and
D. G.
Truhlar
,
J. Phys. Chem. A
103
,
4893
(
1999
).
73.
S.
Mallikarjun Sharada
,
T.
Bligaard
,
A. C.
Luntz
,
G.-J.
Kroes
, and
J. K.
Nørskov
,
J. Phys. Chem. C
121
,
19807
(
2017
).
74.
N.
Gerrits
,
E. W. F.
Smeets
,
S.
Vuckovic
,
A. D.
Powell
,
K.
Doblhoff-Dier
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
10552
(
2020
).
75.
R.
Yin
,
Y.
Zhang
,
F.
Libisch
,
E. A.
Carter
,
H.
Guo
, and
B.
Jiang
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
,
3271
(
2018
).
76.
K.
Doblhoff-Dier
,
J.
Meyer
,
P. E.
Hoggan
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Chem. Theory Comput.
13
,
3208
(
2017
).
77.
A. D.
Powell
,
G.-J.
Kroes
, and
K.
Doblhoff-Dier
,
J. Chem. Phys.
153
,
224701
(
2020
).
78.
E. W. F.
Smeets
,
G.
Füchsel
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Phys. Chem. C
123
,
23049
(
2019
).
79.
G.
Füchsel
,
K.
Cao
,
S.
Er
,
E. W. F.
Smeets
,
A. W.
Kleyn
,
L. B. F.
Juurlink
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
,
170
(
2018
).
80.
Y.
Zhang
,
X.
Zhou
, and
B.
Jiang
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
1185
(
2019
).
81.
M.
del Cueto
,
X.
Zhou
,
L.
Zhou
,
Y.
Zhang
,
B.
Jiang
, and
H.
Guo
,
J. Phys. Chem. C
124
,
5174
(
2020
).
82.
Q.
Liu
,
X.
Zhou
,
L.
Zhou
,
Y.
Zhang
,
X.
Luo
,
H.
Guo
, and
B.
Jiang
,
J. Phys. Chem. C
122
,
1761
(
2018
).
83.
K.
Shakouri
,
J.
Behler
,
J.
Meyer
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
2131
(
2017
).
84.
N.
Gerrits
,
K.
Shakouri
,
J.
Behler
, and
G.-J.
Kroes
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
1763
(
2019
).
85.
Y.
Zhang
,
C.
Hu
, and
B.
Jiang
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
4962
(
2019
).
86.
T.
Liu
,
B.
Fu
, and
D. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
151
,
144707
(
2019
).
87.
H. F.
Berger
,
M.
Leisch
,
A.
Winkler
, and
K. D.
Rendulic
,
Chem. Phys. Lett.
175
,
425
(
1990
).
88.
S. P.
Rittmeyer
,
V. J.
Bukas
, and
K.
Reuter
,
Adv. Phys.: X
3
,
1381574
(
2018
).
89.
J.
Meyer
and
K.
Reuter
,
Angew. Chem., Int. Ed.
53
,
4721
(
2014
).
90.
V. J.
Bukas
and
K.
Reuter
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
146101
(
2016
).
91.
M.
Dohle
,
P.
Saalfrank
, and
T.
Uzer
,
Surf. Sci.
409
,
37
(
1998
).
92.
J. C.
Tully
,
J. Chem. Phys.
73
,
1975
(
1980
).
93.
S. A.
Adelman
and
J. D.
Doll
,
J. Chem. Phys.
64
,
2375
(
1976
).
94.
H. F.
Busnengo
,
M. A.
Di Césare
,
W.
Dong
, and
A.
Salin
,
Phys. Rev. B
72
,
125411
(
2005
).
95.
X.
Zhou
and
B.
Jiang
,
J. Chem. Phys.
150
,
024704
(
2019
).
96.
B.
Jackson
and
S.
Nave
,
J. Chem. Phys.
138
,
174705
(
2013
).
97.
S.
Nave
,
A. K.
Tiwari
, and
B.
Jackson
,
J. Phys. Chem. A
118
,
9615
(
2014
).
98.
V. L.
Campbell
,
N.
Chen
,
H.
Guo
,
B.
Jackson
, and
A. L.
Utz
,
J. Phys. Chem. A
119
,
12434
(
2015
).
99.
B.
Jackson
,
J. Chem. Phys.
153
,
034704
(
2020
).
100.
B.
Jackson
,
J. Chem. Phys.
155
,
044705
(
2021
).
101.
D. C.
Seets
,
C. T.
Reeves
,
B. A.
Ferguson
,
M. C.
Wheeler
, and
C. B.
Mullins
,
J. Chem. Phys.
107
,
10229
(
1997
).
102.
E.
Dombrowski
,
E.
Peterson
,
D.
Del Sesto
, and
A. L.
Utz
,
Catal. Today
244
,
10
(
2015
).
103.
R.
Moiraghi
,
A.
Lozano
,
E.
Peterson
,
A.
Utz
,
W.
Dong
, and
H. F.
Busnengo
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
2211
(
2020
).
104.
M.
Bonfanti
,
C.
Díaz
,
M. F.
Somers
, and
G.-J.
Kroes
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
4552
(
2011
).
105.
S.
Mandal
,
T.
Sahoo
,
S.
Ghosh
, and
S.
Adhikari
,
J. Theor. Comput. Chem.
14
,
1550028
(
2015
).
106.
S.
Mandal
,
T.
Sahoo
,
S.
Ghosh
, and
S.
Adhikari
,
Mol. Phys.
113
,
3042
(
2015
).
107.
P.
Pechukas
and
J. C.
Light
,
J. Chem. Phys.
44
,
3897
(
1966
).
108.
J. T.
Kindt
,
J. C.
Tully
,
M.
Head-Gordon
, and
M. A.
Gomez
,
J. Chem. Phys.
109
,
3629
(
1998
).
109.
110.
P.
Saalfrank
,
Chem. Rev.
106
,
4116
(
2006
).
111.
A. M.
Wodtke
,
D.
Matsiev
, and
D. J.
Auerbach
,
Prog. Surf. Sci.
83
,
167
(
2008
).
112.
N.
Shenvi
,
S.
Roy
, and
J. C.
Tully
,
Science
326
,
829
(
2009
).
113.
S.
Roy
,
N. A.
Shenvi
, and
J. C.
Tully
,
J. Chem. Phys.
130
,
174716
(
2009
).
114.
V. J.
Bukas
,
S.
Mitra
,
J.
Meyer
, and
K.
Reuter
,
J. Chem. Phys.
143
,
034705
(
2015
).
115.
J. C.
Tremblay
,
J. Chem. Phys.
138
,
244106
(
2013
).
116.
P.
Spiering
,
K.
Shakouri
,
J.
Behler
,
G.-J.
Kroes
, and
J.
Meyer
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
2957
(
2019
).
117.
R. J.
Maurer
,
M.
Askerka
,
V. S.
Batista
, and
J. C.
Tully
,
Phys. Rev. B
94
,
115432
(
2016
).
118.
N.
Shenvi
,
S.
Roy
, and
J. C.
Tully
,
J. Chem. Phys.
130
,
174107
(
2009
).
119.
J. C.
Tremblay
,
S.
Monturet
, and
P.
Saalfrank
,
J. Phys. Chem. A
115
,
10698
(
2011
).
120.
J. C.
Tremblay
,
G.
Füchsel
, and
P.
Saalfrank
,
Phys. Rev. B
86
,
045438
(
2012
).
121.
L.
Uranga-Piña
and
J. C.
Tremblay
,
J. Chem. Phys.
141
,
074703
(
2014
).
122.
T.
Serwatka
and
J. C.
Tremblay
,
J. Chem. Phys.
150
,
184105
(
2019
).
123.
G.-J.
Kroes
and
M. F.
Somers
,
J. Theor. Comput. Chem.
04
,
493
(
2005
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.