The stability of LaMnO3 surfaces: a hybrid exchange density functional theory study of an alkaline fuel cell catalyst
The stability of LaMnO3 surfaces: a hybrid exchange density functional theory study of an alkaline fuel cell catalyst
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LaMnO3表面的稳定性：碱性燃料电池催化剂的混合交换密度泛函理论研究
DOI：
10.1039/c3ta11382e
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发表时间：
2013
影响因子：
11.9
通讯作者：
Ahmad E
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ahmad E
LaMnO3是一种廉价的贵金属（如铂）替代品，可作为碱性燃料电池中氧还原反应的催化剂。事实上，最近的研究表明，在一系列非贵金属催化剂中，LaMnO3具有最高的催化活性。尽管如此，在正交结构最稳定的碱性燃料电池环境中，人们对LaMnO3知之甚少。为了了解正交型LaMnO3的反应性，我们必须首先了解其表面结构。因此，我们使用混合交换密度泛函理论对其静电稳定低折射率表面进行了计算，如在CRYSTAL09中实现的那样。对所研究的每一个表面进行了结构和地层能量的计算。在所研究的表面中，发现（100）表面最稳定，形成能为0.98 J m−2。表面能的合理化是基于jhn - teller扭曲的Mn-O键的解理，终端层中离子的欠配位补偿和弛豫效应。最后，预测了正交型LaMnO3晶体的平衡形态，使我们能够推测可能的表面反应位点。
LaMnO3 is an inexpensive alternative to precious metals (e.g. platinum) as a catalyst for the oxygen reduction reaction in alkaline fuel cells. In fact, recent studies have shown that among a range of non-noble metal catalysts, LaMnO3 provides the highest catalytic activity. Despite this, very little is known about LaMnO3 in the alkaline fuel cells environment, where the orthorhombic structure is most stable. In order to understand the reactivity of orthorhombic LaMnO3 we must first understand the surface structure. Hence, we have carried out calculations on its electrostatically stable low index surfaces using hybrid-exchange density functional theory, as implemented in CRYSTAL09. For each surface studied the calculated structure and formation energy is discussed. Among the surfaces studied the (100) surface was found to be the most stable with a formation energy of 0.98 J m−2. The surface energies are rationalised in terms of the cleavage of Jahn–Teller distorted Mn–O bonds, the compensation of undercoordination for ions in the terminating layer and relaxation effects. Finally, the equilibrium morphology of orthorhombic LaMnO3 crystals is predicted, allowing us to speculate about likely surface reaction sites.
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