We present an ab initio density-functional investigation of the structure and energetics of several stoichiometric 1 X 1 low-index surfaces of anatase, a TiO2 polymorph 9% less dense and 1.2 kcal/mol less stable than rutile. Although our calculations do not reproduce the relative ordering of the two phases that is observed experimentally, the calculated bulk structural and elastic properties of both polymorphs are in excellent agreement with the experiment, suggesting that surface relaxations are correctly described as well. As expected, the surface energies of anatase appear to be related to the presence of undercoordinated Ti atoms: the surfaces with fourfold-coordinated Ti atoms have a larger energy than those with fivefold-coordinated Ti. Furthermore, we find that the average surface energy of a TiO2 anatase macroscopic crystal is smaller than that of rutile. Finally, patterns in the relaxation of the surface atoms which are common to different surfaces are analyzed.

Structure and energetics of stoichiometric TiO2 anatase surfaces

Vittadini A
2001

Abstract

We present an ab initio density-functional investigation of the structure and energetics of several stoichiometric 1 X 1 low-index surfaces of anatase, a TiO2 polymorph 9% less dense and 1.2 kcal/mol less stable than rutile. Although our calculations do not reproduce the relative ordering of the two phases that is observed experimentally, the calculated bulk structural and elastic properties of both polymorphs are in excellent agreement with the experiment, suggesting that surface relaxations are correctly described as well. As expected, the surface energies of anatase appear to be related to the presence of undercoordinated Ti atoms: the surfaces with fourfold-coordinated Ti atoms have a larger energy than those with fivefold-coordinated Ti. Furthermore, we find that the average surface energy of a TiO2 anatase macroscopic crystal is smaller than that of rutile. Finally, patterns in the relaxation of the surface atoms which are common to different surfaces are analyzed.
2001
Istituto di Scienze e Tecnologie Molecolari - ISTM - Sede Milano
Inglese
63
Sì, ma tipo non specificato
DFT
Titanium dioxide
Surfaces
Polymorphs
Solids
Questo lavoro è frutto di una collaborazione internazionale tra l'ISTM e il Dipartimento di Chimica della Princeton University (NJ, USA). Sebbene pubblicato in una rivista di fisica della materia condensata (di peraltro elevato impact factor, IF=3.327), l'articolo è di rilevanza interdisciplinare, ed ha in particolare importanti ricadute nel campo delle scienze chimiche. Infatti, l'anatasio è un materiale dalle molteplici applicazioni in campo catalitico. In quest'ambito, la disponibilità di dati accurati sulle proprietà energetiche e strutturali delle sue superfici può senz'altro definirsi preziosa: si pensi, per esempio, alla problematica dell'ancoraggio delle molecole dei sensibilizzatori sugli elettrodi a base di anatasio nanocristallino delle celle di Graetzel. L'interesse suscitato da questo lavoro nella comunità scientifica internazionale è testimoniata dall'elevato numero di citazioni (ben 19, al 10 giugno 2004) già ottenuto in riviste ISI in campo chimico e fisico
2
info:eu-repo/semantics/article
262
Lazzeri, M Selloni A; Vittadini, A
01 Contributo su Rivista::01.01 Articolo in rivista
none
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