Ab-initio investigation of dissociative electron attachment to halogenated hydrocarbons on the ice surface

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-135648
  • Nowadays industrially produced chlorofluorocarbons (CFCs) substantiallymodify the global climate, since their emission leads to environmentallyhazardous ozone depleting reactions. Beforehand photoexcited low-energyelectrons must attach dissociatively (DEA) to the CFCs on catalytically active icy grains in the terrestrial atmosphere. This is the first systematic ab-initio study providing a comprehensivepicture of activation and course of these intermediate chemical reactionsvia analysing prototypical adsorbed molecules (phenyl halogenides) and icesurface structures. A characteristic scenario for the microscopic mechanisms and the relevantelectronic structures is found employing GW andNowadays industrially produced chlorofluorocarbons (CFCs) substantiallymodify the global climate, since their emission leads to environmentallyhazardous ozone depleting reactions. Beforehand photoexcited low-energyelectrons must attach dissociatively (DEA) to the CFCs on catalytically active icy grains in the terrestrial atmosphere. This is the first systematic ab-initio study providing a comprehensivepicture of activation and course of these intermediate chemical reactionsvia analysing prototypical adsorbed molecules (phenyl halogenides) and icesurface structures. A characteristic scenario for the microscopic mechanisms and the relevantelectronic structures is found employing GW and underlying plane waveperiodic supercell DFT calculations. Insight into direct neutralphotodissociation is given by subsequent BSE calculations. The theoreticalresults are entirely consistent with the observations, made e.g. via STMor 2PPE experiments, and contribute significantly to their explanation.Apart from that nascent solvated electrons at the ice surface are offundamental interest, since they can induce reactions of adsorbates in awide range of energy and time scales. The results evidence a connectionbetween electron solvation and reorientations of ice surface molecules.show moreshow less
  • Heutzutage wird das Erdklima wesentlich durch industriell produzierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) verändert, weil deren Emission zu umweltgefährdenden ozonabbauenden Reaktionen führt. Dabei kommt es zunächst zur photoinduzierten niederenergetischen dissoziativen Elektronenanlagerung (DEA) and die FCKW auf katalytisch aktiven Eispartikeln in der Erdatmosphäre. Hierbei handelt es sich um die erste systematische ab-initio Studie welche ein umfassendes Bild von Aktivierung und Verlauf dieser intermediären chemischen Reaktionen liefert, indem prototypische adsorbierte Moleküle (Phenylhalogenide) und Eisoberflächenstrukturen analysiert werden. Ein charakteristisches Szenario derHeutzutage wird das Erdklima wesentlich durch industriell produzierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) verändert, weil deren Emission zu umweltgefährdenden ozonabbauenden Reaktionen führt. Dabei kommt es zunächst zur photoinduzierten niederenergetischen dissoziativen Elektronenanlagerung (DEA) and die FCKW auf katalytisch aktiven Eispartikeln in der Erdatmosphäre. Hierbei handelt es sich um die erste systematische ab-initio Studie welche ein umfassendes Bild von Aktivierung und Verlauf dieser intermediären chemischen Reaktionen liefert, indem prototypische adsorbierte Moleküle (Phenylhalogenide) und Eisoberflächenstrukturen analysiert werden. Ein charakteristisches Szenario der mikroskopischen Mechanismen und relevanten elektronischen Strukturen ergibt sich aus GW- und vorausgehenden DFT-Rechnungen. Der Ansatz verwendet ebene Wellen und periodische Superzellen. Nachfolgende BSE-Rechnungen geben Einblick in die direkte neutrale Photodissoziation. Die theoretischen Resultate sind vollständig konsistent mit den Beobachtungen, welche e.g. in STM- oder 2PPE-Experimenten gemacht wurden, und tragen wesentlich zu deren Erklärung bei.show moreshow less

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Metadaten
Author:Philipp Auburger
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-135648
DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-296-3
ISBN:978-3-96147-296-3
Series (Volume number):FAU Studies Mathematics & Physics (17)
Publisher:FAU University Press
Place of publication:Erlangen
Referee:Michel Bockstedte, Bernd Meyer
Advisor:Michel Bockstedte
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2020
Embargo Date:2020/04/23
Publishing Institution:FAU University Press
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2019/07/02
Release Date:2020/04/24
Tag:Eisoberfläche; Elektronensolvatation; FCKW; Fluorchlorkohlenwasserstoffe; Katalyse; atmosphärische Chemie; dissoziative Elektronenanlagerung; elektronische Struktur
CFCs; DEA; ab-initio GW calculations; ab-initio GW-Rechnungen; atmospheric chemistry; catalysis; chlorofluorocarbons; dissociative electron attachment; electron solvation; electronic structure; ice surface
SWD-Keyword:Chlorfluorkohlenstoffe; Elektronenanlagerungsreaktion; Festkörperoberfläche; Eis; Eiskristall; Solvatation; Hydratisiertes Elektron; Atmosphäre; Chemie; Lokalisierter Zustand; Heterogene Katalyse; Quantenchemie; Physikalische Chemie; Theoretische Physik; Ab-initio-Rechnung; Vielteilchentheorie; Dissoziation
Pagenumber:xiv, 250 Seiten
Note:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-295-6
Institutes:Naturwissenschaftliche Fakultät
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 541 Physikalische Chemie
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International