非对称重构极性CeO2(100)表面上的轨道杂化驱动稳定化与反应性
材料科学
2025-11-25 v2
摘要
理解和控制极性氧化物表面的原子结构对于揭示表面反应性以及设计先进的催化材料至关重要。其中，极性CeO2(100)表面是异相催化中一个原型且具有工业重要性的系统。然而，由于表面构型的巨大复杂性，其重构行为仍然是一个开放问题。在此，我们报告了在CeO2(100)表面上发现的一种先前未被识别的非对称(1x2)重构结构，该结构是通过结合全局结构搜索算法、基于机器学习的原子势模型、密度泛函理论（DFT）计算和原位扫描透射电子显微镜（STEM）而发现的。重构表面在热力学和动力学上均稳定，其特征是Ce3+和Ce4+离子的交替排列、层间距增大以及表面氧原子重新排列。重要的是，局域Ce3+极化子的形成引入了占据态4f轨道，这些轨道与表面O 2p轨道强烈杂化，在费米能级以下产生新的占据电子态。这种轨道杂化激活了O 2p态，增强了其电子供体能力，并促进了吸附分子（如H2O）的解离。这些发现揭示了一种基本的轨道介导机制，通过该机制表面重构调控电子结构和反应性，为调控极性氧化物表面的催化性能提供了关键见解和新设计策略。
引用
@article{arxiv.2509.11568,
title = {Orbital Hybridization-Driven Stabilization and Reactivity on an Asymmetrically Reconstructed Polar CeO2(100) Surface},
author = {Songda Li and Chen Zou and Liuxi Chen and Fangwen Yang and Zhifu Yang and Bingwei Chen and Zhong-Kang Han and Wentao Yuan and Hangsheng Yang and David J. Wales and Yong Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.11568},
year = {2025}
}
备注
28 pages, 13 figures. Under review at Physical Review Letters