Skip to main content

Hydrogen Recombination on Graphitic Surfaces

  • Chapter
  • First Online:
Book cover Dynamics of Gas-Surface Interactions

Part of the book series: Springer Series in Surface Sciences ((SSSUR,volume 50))

Abstract

The detailed mechanisms behind the interaction of atomic hydrogen with graphitic surfaces and the formation of H2 molecules on these substrates have attracted much attention in the last decades because of their possible relevance in astrophysics, nuclear fusion, hydrogen storage and carbon-based nanotechnology. Here we summarize and critically analyze experimental and theoretical results within the field, with the aim of elucidating the complicated processes occurring in these systems.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 84.99
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info
Hardcover Book
USD 109.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Notes

  1. 1.

    They correspond to the same “molecular orbital”, and are split by the exchange interaction in the spin-polarized formalism used in the calculations of Ref. [38].

  2. 2.

    Classically speaking, even assuming that the reaction probability is independent of the “impact parameter”, one needs to know the maximum value of such a parameter for which reaction occurs.

References

  1. D. Hollenbach, E.E. Salpeter, Astrophys. J. 163, 155 (1971)

    Article  ADS  Google Scholar 

  2. T. Henning, T. Salama, Science 282, 2204 (1998)

    Article  ADS  Google Scholar 

  3. K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Gregorieva, A.A. Firsov, Science 306, 666 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  4. T.O. Wehling, S. Yuan, A.I. Lichtenstein, A.K. Geim, M.I. Katsnelson, Phys. Rev. Lett. 105, 056802 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  5. A. Ferreira, J.Viana-Gomes, J. Nilsson, E.R. Mucciolo, N. Peres, A.C. Neto, Phys. Rev. B 75, 165402 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  6. R. Martinazzo, S. Casolo, G.F. Tantardini, Phys. Rev. B 81, 245420 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  7. R. Balog, B. Jørgensen, L. Nilsson, M. Andersen, E. Rienks, M. Bianchi, M. Fanetti, E. Lægsgaard, A. Baraldi, S. Lizzit, Z. Sljivancanin, F. Besenbacher, B. Hammer, T.G. Pedersen, P. Hofmann, L. Hornekær, Nat. Mater. 4, 315 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  8. D. Haberer, D.V. Vyalikh, S. Taioli, B. Dora, M. Farjam, J. Fink, D. Marchenko, T. Pichler, K. Ziegler, S. Simonucci, M.S. Dresselhaus, M. Knupfer, B. Büchner, A. Grüneis, Nano Lett. 10(9), 3360 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  9. E. Ghio, L. Mattera, C. Salvo, F. Tommasini, U. Valbusa, J. Chem. Phys. 73, 556 (1980)

    Article  ADS  Google Scholar 

  10. J. Ma, A. Michaelides, D. Alfé, J. Chem. Phys. 134, 134701 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. M. Bonfanti, R. Martinazzo, G.F. Tantardini, A. Ponti, J. Phys. Chem. C 111, 5825 (2007)

    Article  Google Scholar 

  12. R.M. Ferullo, N.F. Domancich, N.J. Castellani, Chem. Phys. Lett. 500, 283 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. S.C. Creighan, J.S. Perry, S.D. Price, J. Chem. Phys. 124, 114701 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  14. F. Islam, E.R. Latimer, S.D. Price, J. Chem. Phys. 127 127, 064701 (2007)

    Google Scholar 

  15. E.R. Latimer, F. Islam, S.D. Price, Chem. Phys. Lett. 455, 174 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  16. Z. Medina, B. Jackson, J. Chem. Phys. 128, 114704 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  17. B. Lepetit, D. Lemoine, Z. Medina, B. Jackson, J. Chem. Phys. 134, 114705 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  18. B. Lepetit, B. Jackson, Phys. Rev. Lett. 107, 236102 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. L. Jeloaica, V. Sidis, Chem. Phys. Lett. 300, 157 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  20. X. Sha, B. Jackson, Surf. Sci. 496, 318 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  21. V.V. Ivanovskaya, A. Zobelli, D. Teillet-Billy, N. Rogeau, V. Sidis, P.R. Briddon, Eur. Phys. J. B 76, 481 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  22. D. Neumann, G. Meister, U. Kiirpick, A. Goldmann, J. Roth, V. Dose, Appl. Phys. A 55, 489 (1992)

    Article  ADS  Google Scholar 

  23. T. Zecho, A. Güttler, X. Sha, B. Jackson, J. Küppers, J. Chem. Phys. 117, 8486 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  24. L. Hornekær, E. Rauls, W. Xu, Ž. Šljivačanin, R. Otero, I. Stensgaard, E. Lægsgaard, B. Hammer, F. Besenbacher, Phys. Rev. Lett. 97, 186102 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  25. L. Hornekær, \(\check{Z}\). \(\check{S}\)ljiva\(\check{c}\)anin, W. Xu, R. Otero, E. Rauls, I. Stensgaard, E. Lægsgaard, B. Hammer, F. Besenbacher, Phys. Rev. Lett. 96, 156104 (2006)

    Google Scholar 

  26. E. Aréou, G. Cartry, J. Layet, T. Angot, J. Chem. Phys. 134, 014701 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  27. X. Sha, B. Jackson, D. Lemoine, B. Lepetit, J. Chem. Phys. 122, 014709 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  28. J. Kerwin, X. Sha, B. Jackson, J. Phys. Chem. B 110, 18811 (2006)

    Article  Google Scholar 

  29. J. Kerwin, B. Jackson, J. Chem. Phys. 128, 084702 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  30. S. Morisset, A. Allouche, J. Chem. Phys. 129, 024509 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  31. S. Morisset, Y. Ferro, A. Allouche, J. Chem. Phys. 133, 044508 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  32. A.O. Caldeira, A.J. Leggett, Phys. Rev. Lett. 46, 211 (1981)

    Article  ADS  Google Scholar 

  33. P. Ruffieux, O. Gröning, M. Bielmann, P. Mauron, L. Schlapbach, P. Gröning, Phys. Rev. Lett. 66, 245416 (2002)

    Google Scholar 

  34. P. Ruffieux, O. Gröning, M. Bielmann, P. Gröning, Appl. Phys. A 78, 975 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  35. Z. Luo, T. Yu, K. Kim, Z. Ni, Y. You, S. Lim, Z. Shen, S. Wang, J. Lin, ACS Nano 3, 1781 (2009)

    Article  Google Scholar 

  36. R. Balog, B. Jørgensen, E. Lægsgaard, P. Hofmann, F. Besenbacher, L. Hornekær, J. Am. Chem. Soc. 131, 8744 (2009)

    Article  Google Scholar 

  37. D.C. Elias, R.R. Nair, T.M.G. Mohiuddin, S.V. Morozov, P. Blake, M.P. Halsall, A.C. Ferrari, D.W. Boukhvalov, M.I. Katsnelson, A.K. Geim, K.S. Novoselov, Science 323, 610 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  38. S. Casolo, O.M. Løvvik, R. Martinazzo, G.F. Tantardini, J. Chem. Phys. 130, 054704 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  39. R. Martinazzo, S. Casolo, G.F. Tantardini, Physics and applications of Graphene – Theory, Chap. 3 (InTech, Rijeka (Croatia) 2011) ISBN: 978-953-307-152-7, DOI:10.5772/14118 . http://www.intechopen.com/books/physics-and-applications-of-graphene-theory/the-effect-of-atomic-scale-defects-and-dopants-on-graphene-electronic-structure

  40. H.A. Mizes, J.S. Foster, Science 244, 559 (1989)

    Article  ADS  Google Scholar 

  41. R. Ruffieux, O. Gröning, P. Schwaller, L. Schlapbach, Phys. Rev. Lett. 84, 4910 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  42. P. Ruffieux, M. Melle-Franco, O. Gröning, M. Bielmann, F. Zerbetto, P. Gröning, Phys. Rev. B 71, 153403 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. S. Fajtlowicz, P.E. Johni, H. Sachs, Croat. Chem. Acta 78, 195 (2005)

    Google Scholar 

  44. M. Inui, S.A. Trugman, E. Abrahams, Phys. Rev. B 49, 3190 (1994)

    Article  ADS  Google Scholar 

  45. V.M. Pereira, F. Guinea, J. Lopes dos Santos, N. Peres, A. Castro Neto, Phys. Rev. Lett. 96, 036801 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  46. M.M. Ugeda, I. Brihuega, F. Guinea, J.M. Gómez-Rodríguez, Phys. Rev. Lett. 104(9), 096804 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  47. E. Gavardi, H. Cuppen, L. Hornekær, Chem. Phys. Lett. 477, 285 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  48. N. Rougeau, D. Teillet-Billy, V. Sidis, Chem. Phys. Lett. 431, 135 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. A. Andree, M. Le Lay, T. Zecho, J. Küppers, Chem. Phys. Lett. 425, 99 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  50. Z. Sljivancanin, E. Rauls, L. Hornekær, W. Xu, F. Besenbacher, B. Hammer, J. Chem. Phys. 131, 084706 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  51. H. Cuppen, L. Hornekær, J. Chem. Phys. 128, 174707 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  52. L. Hornekær, W. Xu, R. Otero, T. Zecho, E. Lægsgaard, F. Besenbacher, Chem. Phys. Lett. 446, 237 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  53. Z. Sljivacanin, M. Andersen, L. Hornekær, B. Hammer, Phys. Rev. B 83, 205426 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  54. J.O. Sofo, A.S. Chaudhari, G.D. Barber, Phys. Rev. B 75, 153401 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  55. M.Z.S. Flores, P.A.S. Autreto, S.B. Legoas, D.S. Galvao, Nanotechnology 20(46), 465704 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  56. H. Kim, T. Balgar, E. Hasselbrink, Chem. Phys. Lett. 508, 1 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  57. Y. Kobayashi, K. Fukui, T. Enoki, K. Kusakabe, Phys. Rev. B 73, 125415 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  58. C. Tao, L. Jiao, O.V. Yazyev, Y.-C. Chen, J. Feng, X. Zhang, R.B. Capaz, J.M. Tour, A. Zettl, S.G. Louie, H. Dai, M.F. Crommie, Spatially resolving edge states of chiral graphene nanoribbons, Nat. Phys. 7, 616 (2011)

    Article  Google Scholar 

  59. M. Bonfanti, S. Casolo, G.F. Tantardini, A. Ponti, R. Martinazzo, J. Chem. Phys. 135, 164701 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  60. J. Charles W. Bauschlicher, Astrophys. J. Lett. 509(2), L125 (1998)

    Article  Google Scholar 

  61. K. May, B.V. Unterreiner, S. Dapprich, R. Ahlrichs, Phys. Chem. Chem. Phys. 2, 5089 (2000)

    Article  Google Scholar 

  62. X. Sha, B. Jackson, J. Am. Chem. Soc. 126, 13095 (2004)

    Article  Google Scholar 

  63. J.A. Sebree, V.V. Kislov, A.M. Mebel, T.S. Zwier, J. Phys. Chem. A 115, 6255 (2010)

    Article  Google Scholar 

  64. E. Rauls, L. Hornekær, Astrophys. J. 679, 531 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  65. J.A. Rasmussen, G. Henkelman, B. Hammer, J. Chem. Phys. 134, 164703 (2011)

    Article  ADS  Google Scholar 

  66. E.J. Duplock, M. Scheffler, P.J.D. Lindan, Phys. Rev. Lett. 92, 225502 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  67. A. Bostwick, J.L. McChesney, K.V. Emtsev, T. Seyller, K. Horn, S.D. Kevan, E. Rotenberg, Phys. Rev. Lett. 103, 056404 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  68. L.A. Chernozatonskii, P.B. Sorokin, J.W. Brüning, Appl. Phys. Lett. 91, 183103 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  69. L. Nilsson, Z. Sljivancanin, R. Balog, W. Xu, T.R. Linderoth, E. Lægsgaard, I. Stensgaard, B. Hammer, F. Besenbacher, L. Hornekær, Carbon 50, 2045 (2012)

    Article  Google Scholar 

  70. P. Sessi, J.R. Guest, M. Bode, N.P. Guisinger, Nano Lett. 9, 4343 (2009)

    Article  ADS  Google Scholar 

  71. B. Jackson, D. Lemoine, J. Chem. Phys. 114, 474 (2001)

    Article  ADS  Google Scholar 

  72. A. Meijer, A. Farebrother, D. Clary, J. Phys. Chem. A 105, 2173 (2001)

    Article  Google Scholar 

  73. A. Meijer, A. Farebrother, D. Clary, J. Phys. Chem. A 106, 8996 (2002)

    Article  Google Scholar 

  74. T. Zecho, A. Guttler, X. Sha, D. Lemoine, B. Jackson, J. Kuppers, Chem. Phys. Lett. 366, 188 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  75. X. Sha, B. Jackson, D. Lemoine, J. Chem. Phys. 116, 7158 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  76. R. Martinazzo, G.F. Tantardini, J. Phys. Chem. A 109, 9379 (2005)

    Article  Google Scholar 

  77. R. Martinazzo, G.F. Tantardini, J. Chem. Phys. 124, 124702 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  78. S. Casolo, R. Martinazzo, M. Bonfanti, G.F. Tantardini, J. Phys. Chem. A 113, 14545 (2009)

    Article  Google Scholar 

  79. D. Bachellerie, M. Sizun, F. Anguillon, D. Teillet-Billy, N. Rougeau, V. Sidis, Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 2715 (2009)

    Article  Google Scholar 

  80. M. Sizun, D. Bachellerie, F. Aguillon, V. Sidis, Chem. Phys. Lett. 498, 32 (2010)

    Article  ADS  Google Scholar 

  81. S. Morisset, F. Aguillon, M. Sizun, V. Sidis, Phys. Chem. Chem. Phys. 5, 506 (2003)

    Article  Google Scholar 

  82. S. Morisset, F. Aguillon, M. Sizun, V. Sidis, J. Phys. Chem. A 108, 8571 (2004)

    Article  Google Scholar 

  83. F. Fernadez-Alonso, R.N. Zare, Annu. Rev. Phys. Chem. 53, 67 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  84. M. Bonfanti, S. Casolo, R. Martinazzo, G.F. Tantardini, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 16680 (2011)

    Article  Google Scholar 

  85. S. Morisset, F. Aguillon, M. Sizun, V. Sidis, J. Chem. Phys. 121, 6493 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  86. S. Morisset, F. Aguillon, M. Sizun, V. Sidis, J. Chem. Phys. 122, 194702 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  87. N. Katz, I. Furman, O. Binham, V. Pirronello, G. Vidali, Astrophys. J. 522, 305 (1999)

    Article  ADS  Google Scholar 

  88. V. Mennella, Astrophys. J. Lett. 684, L25 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  89. V. Mennella, EAS Pub. Ser. Les Ulis: EDP 46, 393 (2011)

    Article  Google Scholar 

  90. H.M. Cuppen, E. Herbst, Mon. Not. R. Astron. Soc. 361, 565 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  91. E. Habart, F. Boulanger, L. Verstraete, G.P. des Forets, E. Falgarone, A. Abergel, Astron. Astrophys. 397, 623 (2003)

    Google Scholar 

  92. V. Mennella, L. Hornekær, J. Thrower, M. Accolla, Astrophys. J. Lett. 745, L2 (2012)

    Article  ADS  Google Scholar 

  93. H.M. Cuppen, L.E. Kristensen, E. Gavardi, Mon. Not. R. Astron. Soc. 406, L11 (2010)

    ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Rocco Martinazzo .

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

About this chapter

Cite this chapter

Martinazzo, R., Casolo, S., Hornekær, L.H. (2013). Hydrogen Recombination on Graphitic Surfaces. In: Díez Muiño, R., Busnengo, H. (eds) Dynamics of Gas-Surface Interactions. Springer Series in Surface Sciences, vol 50. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-32955-5_7

Download citation

Publish with us

Policies and ethics