In this work, we explore the suitability of several density functionals with the generalized gradient approximation (GGA) and beyond for describing the dissociative chemisorption of methane on the reconstructed Pt(110)-(2×1) surface. The bulk and surface structures of the metal, methane adsorption energy, and dissociation barrier are used to assess the functionals. A van der Waals corrected GGA functional (optPBE-vdW) and a meta-GGA functional with van der Waals correction (MS PBEl-rVV10) are selected for ab initio molecular dynamics calculations of the sticking probability. Our results suggest that the use of these two functionals may lead to a better agreement with existing experimental results, thus serving as a good starting point for future development of reliable machine-learned potential energy surfaces for the dissociation of methane on the Pt(110)-(2×1) surface.
References
[1]
L. B. F.
Juurlink
, D. R.
Killelea
, and A. L.
Utz
, Prog. Surf. Sci.
84
, 69
(2009
).[2]
H.
Chadwick
and R. D.
Beck
, Annu. Rev. Phys. Chem.
68
, 39
(2017
).[3]
S.
Nave
, A. K.
Tiwari
, and B.
Jackson
, J. Phys. Chem. A
118
, 9615
(2014
).[4]
B.
Jiang
and H.
Guo
, J. Chem. Phys.
150
, 180901
(2019
).[5]
G. J.
Kroes
, Phys. Chem. Chem. Phys.
23
, 8962
(2021
).[6]
C. T.
Rettner
, H. E.
Pfnur
, and D. J.
Auerbach
, Phys. Rev. Lett.
54
, 2716
(1985
).[7]
M. B.
Lee
, Q. Y.
Yang
, and S. T.
Ceyer
, J. Chem. Phys.
87
, 2724
(1987
).[8]
A. C.
Luntz
and D. S.
Bethune
, J. Chem. Phys.
90
, 1274
(1989
).[9]
P. M.
Holmblad
, J.
Wambach
, and I.
Chorkendorff
, J. Chem. Phys.
102
, 8255
(1995
).[10]
L. B. F.
Juurlink
, P. R.
MaCabe
, R. R.
Smith
, C. L.
DeCologero
, and A. L.
Utz
, Phys. Rev. Lett.
83
, 868
(1999
).[11]
R. D.
Beck
, P.
Maroni
, D. C.
Papageorgopoulos
, T. T.
Dang
, M. P.
Schmid
, and T. R.
Rizzo
, Science
302
, 98
(2003
).[12]
R. R.
Smith
, D. R.
Killelea
, D. F.
DelSesto
, and A. L.
Utz
, Science
304
, 992
(2004
).[13]
L. B. F.
Juurlink
, R. R.
Smith
, D. R.
Killelea
, and A. L.
Utz
, Phys. Rev. Lett.
94
, 208303
(2005
).[14]
P.
Maroni
, D. C.
Papageorgopoulos
, M.
Sacchi
, T. T.
Dang
, R. D.
Beck
, and T. R.
Rizzo
, Phys. Rev. Lett.
94
, 246104
(2005
).[15]
D. R.
Killelea
, V. L.
Campbell
, N. S.
Shuman
, and A. L.
Utz
, Science
319
, 790
(2008
).[16]
A. K.
Tiwari
, S.
Nave
, and B.
Jackson
, Phys. Rev. Lett.
103
, 253201
(2009
).[17]
S.
Nave
and B.
Jackson
, Phys. Rev. B
81
, 233408
(2010
).[18]
B.
Jackson
and S.
Nave
, J. Chem. Phys.
135
, 114701
(2011
).[19]
M.
Sacchi
, D. J.
Wales
, and S. J.
Jenkins
, J. Phys. Chem. C
115
, 21832
(2011
).[20]
B.
Jackson
and S.
Nave
, J. Chem. Phys.
138
, 174705
(2013
).[21]
M.
Mastromatteo
and B.
Jackson
, J. Chem. Phys.
139
, 194701
(2013
).[22]
X. J.
Shen
, A.
Lozano
, W.
Dong
, H. F.
Busnengo
, and X. H.
Yan
, Phys. Rev. Lett.
112
, 046101
(2014
).[23]
F.
Nattino
, H.
Ueta
, H.
Chadwick
, M. E.
van Reijzen
, R. D.
Beck
, B.
Jackson
, M. C.
van Hemert
, and G. J.
Kroes
, J. Phys. Chem. Lett.
5
, 1294
(2014
).[24]
H.
Guo
and B.
Jackson
, J. Phys. Chem. C
119
, 14769
(2015
).[25]
X.
Shen
, Z.
Zhang
, and D. H.
Zhang
, Phys. Chem. Chem. Phys.
17
, 25499
(2015
).[26]
X.
Shen
, Z.
Zhang
, and D. H.
Zhang
, J. Chem. Phys.
144
, 101101
(2016
).[27]
H.
Guo
and B.
Jackson
, J. Chem. Phys.
144
, 184709
(2016
).[28]
X.
Shen
, Z.
Zhang
, and D. H.
Zhang
, J. Phys. Chem. C
120
, 20199
(2016
).[29]
R.
Moiraghi
, A.
Lozano
, and H. F.
Busnengo
, J. Phys. Chem. C
120
, 3946
(2016
).[30]
F.
Nattino
, D.
Migliorini
, M.
Bonfanti
, and G. J.
Kroes
, J. Chem. Phys.
144
, 044702
(2016
).[31]
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
).[32]
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
).[33]
X.
Shen
, Z.
Zhang
, and D. H.
Zhang
, J. Chem. Phys.
147
, 024702
(2017
).[34]
X.
Zhou
, F.
Nattino
, Y.
Zhang
, J.
Chen
, G. J.
Kroes
, H.
Guo
, and B.
Jiang
, Phys. Chem. Chem. Phys.
19
, 30540
(2017
).[35]
D.
Migliorini
, H.
Chadwick
, and G. J.
Kroes
, J. Chem. Phys.
149
, 094701
(2018
).[36]
H.
Chadwick
, A.
Gutiérrez-González
, R. D.
Beck
, and G. J.
Kroes
, J. Phys. Chem. C
123
, 14530
(2019
).[37]
N.
Gerrits
, K.
Shakouri
, J.
Behler
, and G. J.
Kroes
, J. Phys. Chem. Lett.
10
, 1763
(2019
).[38]
X.
Zhou
, B.
Jiang
, and H.
Guo
, J. Phys. Chem. C
123
, 20893
(2019
).[39]
H.
Guo
and B.
Jackson
, J. Chem. Phys.
150
, 204703
(2019
).[40]
B.
Jackson
, J. Chem. Phys.
153
, 034704
(2020
).[41]
R.
Moiraghi
, A.
Lozano
, E.
Peterson
, A.
Utz
, W.
Dong
, and H. F.
Busnengo
, J. Phys. Chem. Lett.
11
, 2211
(2020
).[42]
X.
Zhou
, Y.
Zhang
, H.
Guo
, and B.
Jiang
, Phys. Chem. Chem. Phys.
23
, 4376
(2021
).[43]
H.
Chadwick
, A.
Gutiérrez-González
, D.
Migliorini
, R. D.
Beck
, and G. J.
Kroes
, J. Phys. Chem. C
122
, 19652
(2018
).[44]
C.
Díaz
, E.
Pijper
, R. A.
Olsen
, H. F.
Busnengo
, D. J.
Auerbach
, and G. J.
Kroes
, Science
326
, 832
(2009
).[45]
J. P.
Perdew
, J. A.
Chevary
, S. H.
Vosko
, K. A.
Jackson
, M. R.
Pederson
, D. J.
Singh
, and C.
Fiolhais
, Phys. Rev. B
46
, 6671
(1992
).[46]
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).[47]
B.
Hammer
, L. B.
Hansen
, and J. K.
Nørskov
, Phys. Rev. B
59
, 7413
(1999
).[48]
M.
Dion
, H.
Rydberg
, E.
Schröder
, D. C.
Langreth
, and B. I.
Lundqvist
, Phys. Rev. Lett.
92
, 246401
(2004
).[49]
H.
Chadwick
, A.
Gutiérrez-González
, R. D.
Beck
, and G. J.
Kroes
, J. Chem. Phys.
150
, 124702
(2019
).[50]
H.
Chadwick
, H.
Guo
, A.
Gutiérrez-González
, J. P.
Menzel
, B.
Jackson
, and R. D.
Beck
, J. Chem. Phys.
148
, 014701
(2018
).[51]
A.
Mondal
, M.
Wijzenbroek
, M.
Bonfanti
, C.
Díaz
, and G. J.
Kroes
, J. Phys. Chem. A
117
, 8770
(2013
).[52]
A.
Marashdeh
, S.
Casolo
, L.
Sementa
, H.
Zacharias
, and G. J.
Kroes
, J. Phys. Chem. C
117
, 8851
(2013
).[53]
A. V.
Walker
and D. A.
King
, Phys. Rev. Lett.
82
, 5156
(1999
).[54]
A. V.
Walker
and D. A.
King
, J. Chem. Phys.
112
, 4739
(2000
).[55]
D. C.
Seets
, C. T.
Reeves
, B. A.
Ferguson
, M. C.
Wheeler
, and C. B.
Mullins
, J. Chem. Phys.
107
, 10229
(1997
).[56]
D. C.
Seets
, M. C.
Wheeler
, and C. B.
Mullins
, J. Chem. Phys.
107
, 3986
(1997
).[57]
E.
Dombrowski
, E.
Peterson
, D.
Del Sesto
, and A. L.
Utz
, Catal. Today
244
, 10
(2015
).[58]
B.
Jiang
, J.
Li
, and H.
Guo
, J. Phys. Chem. Lett.
11
, 5120
(2020
).[59]
A. T.
Anghel
, D. J.
Wales
, S. J.
Jenkins
, and D. A.
King
, Phys. Rev. B
71
, 113410
(2005
).[60]
S.
Nave
, A. K.
Tiwari
, and B.
Jackson
, J. Chem. Phys.
132
, 054705
(2010
).[61]
D.
Han
, S.
Nave
, and B.
Jackson
, J. Phys. Chem. A
117
, 8651
(2013
).[62]
A.
Gutiérrez-González
, M. E.
Torio
, H. F.
Busnengo
, and R. D.
Beck
, Top. Catal.
62
, 859
(2019
).[63]
I. F.
Peludhero
, A.
Gutiérrez-González
, W.
Dong
, R. D.
Beck
, and H. F.
Busnengo
, J. Phys. Chem. C
125
, 11904
(2021
).[64]
L.
Schimka
, J.
Harl
, A.
Stroppa
, A.
Grüneis
, M.
Marsman
, F.
Mittendorfer
, and G.
Kresse
, Nat. Mat.
9
, 741
(2010
).[65]
J. P.
Perdew
, MRS Bull.
38
, 743
(2013
).[66]
J.
Sun
, B.
Xiao
, and A.
Ruzsinszky
, J. Chem. Phys.
137
, 051101
(2012
).[67]
J.
Sun
, R.
Haunschild
, B.
Xiao
, I. W.
Bulik
, G. E.
Scuseria
, and J. P.
Perdew
, J. Chem. Phys.
138
, 044113
(2013
).[68]
F. Della
Sala
, E.
Fabiano
, and L. A.
Constantin
, Int. J. Quantum Chem.
116
, 1641
(2016
).[69]
J.
Wellendorff
, K. T.
Lundgaard
, A.
Møgelhøj
, V.
Petzold
, D. D.
Landis
, J. K.
Nørskov
, T.
Bligaard
, and K. W.
Jacobsen
, Phys. Rev. B
85
, 235149
(2012
).[70]
K. T.
Lundgaard
, J.
Wellendorff
, J.
Voss
, K. W.
Jacobsen
, and T.
Bligaard
, Phys. Rev. B
93
, 235162
(2016
).[71]
S.
Mallikarjun Sharada
, R. K. B.
Karlsson
, Y.
Maimaiti
, J.
Voss
, and T.
Bligaard
, Phys. Rev. B
100
, 035439
(2019
).[72]
K.
Brown
, Y.
Maimaiti
, K.
Trepte
, T.
Bligaard
, and J.
Voss
, J. Comput. Chem.
42
, 2004
(2021
).[73]
F.
Tran
, J.
Stelzl
, and P.
Blaha
, J. Chem. Phys.
144
, 204120
(2016
).[74]
S. Mallikarjun
Sharada
, T.
Bligaard
, A. C.
Luntz
, G. J.
Kroes
, and J. K.
Nørskov
, J. Phys. Chem. C
121
, 19807
(2017
).[75]
E. W. F.
Smeets
, J.
Voss
, and G. J.
Kroes
, J. Phys. Chem. A
123
, 5395
(2019
).[76]
J. P.
Perdew
, A.
Ruzsinszky
, G. I.
Csonka
, O. A.
Vydrov
, G. E.
Scuseria
, L. A.
Constantin
, X.
Zhou
, and K.
Burke
, Phys. Rev. Lett.
100
, 136406
(2008
).[77]
N.
Gerrits
, J.
Geweke
, E. W. F.
Smeets
, J.
Voss
, A. M.
Wodtke
, and G. J.
Kroes
, J. Phys. Chem. C
124
, 15944
(2020
).[78]
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
).[79]
E. W. F.
Smeets
and G. J.
Kroes
, J. Phys. Chem. C
125
, 8993
(2021
).[80]
O. A.
Vydrov
and T.
Van Voorhis
, J. Chem. Phys.
133
, 244103
(2010
).[81]
R.
Sabatini
, T.
Gorni
, and S.
de Gironcoli
, Phys. Rev. B
87
, 041108
(2013
).[82]
J.
Klimeš
, D. R.
Bowler
, and A.
Michaelides
, J. Phys.: Condens. Matter
22
, 022201
(2010
).[83]
J.
Klimeš
, D. R.
Bowler
, and A.
Michaelides
, Phys. Rev. B
83
, 195131
(2011
).[84]
M.
Wijzenbroek
, D. M.
Klein
, B.
Smits
, M. F.
Somers
, and G. J.
Kroes
, J. Phys. Chem. A
119
, 12146
(2015
).[85]
L.
Zhu
, Y.
Zhang
, L.
Zhang
, X.
Zhou
, and B.
Jiang
, Phys. Chem. Chem. Phys.
22
, 13958
(2020
).[86]
G.
Kresse
and J.
Furthmuller
, Comp. Mater. Sci.
6
, 15
(1996
).[87]
G.
Kresse
and J.
Furthmuller
, Phys. Rev. B
54
, 11169
(1996
).[88]
G.
Kresse
and D.
Joubert
, Phys. Rev. B
59
, 1758
(1999
).[89]
P. E.
Blöchl
, Phys. Rev. B
50
, 17953
(1994
).[90]
H. J.
Monkhorst
and J. D.
Pack
, Phys. Rev. B
13
, 5188
(1976
).[91]
G.
Henkelman
, B. P.
Uberuaga
, and H.
Jónsson
, J. Chem. Phys.
113
, 9901
(2000
).[92]
S.
Grimme
, J.
Antony
, S.
Ehrlich
, and H.
Krieg
, J. Chem. Phys.
132
, 154104
(2010
).[93]
K.
Lee
, É. D.
Murray
, L.
Kong
, B. I.
Lundqvist
, and D. C.
Langreth
, Phys. Rev. B
82
, 081101
(2010
).[94]
A.
Tkatchenko
and M.
Scheffler
, Phys. Rev. Lett.
102
, 073005
(2009
).[95]
T.
Bučko
, S.
Lebègue
, J.
Hafner
, and J. G.
Ángyán
, Phys. Rev. B
87
, 064110
(2013
).[96]
B.
Jiang
and H.
Guo
, J. Phys. Chem. C
117
, 16127
(2013
).[97]
X.
Hu
, W. L.
Hase
, and T.
Pirraglia
, J. Comput. Chem.
12
, 1014
(1991
).[98]
J. I.
Lee
, W.
Mannstadt
, and A. J.
Freeman
, Phys. Rev. B
59
, 1673
(1999
).[99]
E. C.
Sowa
, M. A.
Van Hove
, and D. L.
Adams
, Surf. Sci.
199
, 174
(1988
).[100]
P.
Fery
, W.
Moritz
, and D.
Wolf
, Phys. Rev. B
38
, 7275
(1988
).[101]
K.
Watanabe
and Y.
Matsumoto
, Surf. Sci.
390
, 250
(1997
).[102]
S.
Gautier
, S. N.
Steinmann
, C.
Michel
, P.
Fleurat-Lessard
, and P.
Sautet
, Phys. Chem. Chem. Phys.
17
, 28921
(2015
).[103]
P.
Fenter
and T.
Gustafsson
, Phys. Rev. B
38
, 10197
(1988
).[104]
W. P.
Davey
, Phys. Rev.
25
, 753
(1925
).
This content is only available via PDF.
© 2021 Chinese Physical Society.
2021
Chinese Physical Society
You do not currently have access to this content.
