Abstract
This is a report of an inorganic chemist on the status of theoretical efforts in heterogeneous catalysis. It is intended to highlight trends and opportunities in the area. Only theories aiming at an atomistic description of reactions are considered. The examples are taken from the areas of interest of the author and are used to illustrate some of the general statements. No effort is made to enter into technical details of theoretical concepts or to give an account on current literature.
Similar content being viewed by others
references
R. A. van Santen, Theoretical Heterogeneous Catalysis, World Scientific, 1991.
A. S. McLeod, Catal. Today, 53 (1999) 53.
Stampfl, M. Scheffler, Surf. Sci., 435 (1999) 119.
M. Bonn, S. Funk, C. Hess, D. N. Denzler, C. Stampfl, M. Scheffler, M. Wolf, G. Ertl, Science, 285 (1999) 1042.
B. Hammer, J. K. Norskov, Adv. Catal., 45 (2000) 71.
D. A. Kragten, R. A. van Santen, M. Neurock, J. J. Lerou, J. Phys. Chem, 103 (1999) 2756.
S. Adam, A. Bauer, O. Timpe, U. Wild, G. Mestl, W. Bensch, R. Schlögl, Chem. Eur. J., 4 (1998) 1458.
J. Schmidt, W. Hafner, R. Jira, J. Sedelmeier, R. Sieber, R. Rüttinger, H. Kojer, Angew. Chem., 74 (1962) 93.
M. Neurock, presentation at the discussion meeting Catalysis from first principles, Lyon, 2000; M. Neurock, W. D. Provine, D. A. Dixon, G. W. Coulston, J. J. Lerou, R. A. van Santen, Chem. Eng. Sci., 51 (1996) 1691.
A. Mavrikakis, P. Stoltze, J. K. Norskov, Catal. Lett., 64 (2000) 101; J. R. Rostrup-Nielsen, I. Alstrup, Catal. Today., 53 (1999) 311; F. Besenbacher, I. Chorkendorff, B. S. Clausen, B. Hammer, D.M. Molenbroek, J. K. Norskov, I. Steensgard, Science, 279 (1998) 5358.
P. Kratzer, B. Hammer, J. K. Norskov, J. Chem. Phys., 105 (1996) 5595; H. Burggraef, A. P. Jansen, R. A. van Santen, Surf. Sci., 324 (1995) 345; D. J. Dooling, J. E. Rekoske, L. J. Broadbelt, Langmuir, 15 (1999) 5846.
J. A. Dumesic, D. F. Rudd, L. M. Aparicio, J. A. Rekoske, A. A. Trevino, The Microkinetics of Heterogeneous Catalysis, ACS, Washington, 1993.
E. P. Feinberg, J. Mol. Catal., A 154 (2000) 155.
Topics in Catal., 8 (1999), special issue on in situ methods.
T. Dellwig, G. Rupprechter, H. Unterhalt, H. J. Freund, Phys. Rev. Lett., 85 (2000) 776.
J. Find, Z. Paal, R. Schlögl, U. Wild, Catal. Lett., 65 (2000) 19.
P. Stoltze, J. K. Norskov, Phys. Rev. Lett., 55 (1985) 2502; O. Hinrichsen, Catal. Today, 53 (1999) 177.
T. S. Askgaard, J. K. Norskov, C. V. Ovesen, P. Stoltze, J. Catal., 156 (1995) 229.
J. A. Dumesic, A. A.Trevino, J. Catal., 116 (1998) 119; A. S. McLeod, Catal. Today, 53 (1999) 159.
D. Broadbelt, R. Q. Snurr, Appl. Catal., A 200 (2000) 23.
K. Krantz, S. Ozturk, S. Senkan, Catal. Today, 62 (2000) 281; U. Rodemerck, P. Ignaszewski, M. Lucas, P. Claus, M. Baerns, Topics in Catal., 13 (2000) 249; J. M. Newsam, F. Schueth, Biotechnol. Bioeng., 61 (1999) 203.
K. C. Waugh, Catal. Today, 53 (1999) 161; J. J. Mortensen, L. B. Hansen, B. Hammer, J. K. Norskov, J. Catal., 182 (1999) 479; J. Sehested, C. J. H. Jakobsen, E. Tornqvist, S. Rokni, P. Stoltze, J. Catal., 188 (1999) 83.
R. A. van Santen and J. W. Niemantsverdriet, Chemical Kinetics and Cataylsis, Plenum, New York, 1995.
Surface Science of Cataylsis, D. J. Dwyer, F. M. Hoffmann (Eds.) American Chemical Society, Washington DC, 1992.
R. Schlögl, Ammonia Synthesis, in Handbook of Heterogeneous Catalysis, G. Ertl, H. Knözinger, J. Weitkamp (Eds.), VCH, Weinheim, 1997, Vol. 4, p. 1697.
A. Nagy, G. Mestl, R. Schlögl, J. Catal., 189 (1999) 58.
A. von Oertzen, A. S. Mikhailov, H. H. Rotermund, G. Ertl, J. Phys. Chem., 102 (1998) 4966; V. Ledentu, W. Dong, P. Sautet, J. Am. Chem. Soc., 122 (2000) 1796.
G. Mestl, Ch. Linsmeier, R. Gottschall, M. Dieterle, J. Find, D. Herein, J. Jäger, Y. Uchida, R. Schlögl, J. Mol. Catal., A 162 (2000) 455.
U. Wild, D. Teschner, R. Schlögl, Z. Paal, Catal. Lett., 67 (2000) 93.
C. Rehren, M. Muhler, X. Bao, R. Schlögl, G. Ertl, Z. Phys. Chem., 174 (1991) 11; H. Schubert, U. Tegtmeyer, R. Schlögl, Catal. Lett., 28 (1994) 383; H. Schubert, U. Tegtmeyer, D. Herein, X.Bao, M. Muhler, R. Schlögl, Catal. Lett., 33 (1995) 305.
C. H. F. Peden, D. W. Goodman, M. D. Weisel, F. M. Hoffmann, Surf. Sci., 253 (1991) 44.
A. Böttcher, H. Niehus, S. Schwegmann, H. Over, G. Ertl, J. Phys. Chem., 101 (1997) 11185.
C. Stampfl, S. Schwegmann, H. Over, M. Scheffler, G. Ertl, Phys. Rev. Lett., 77 (1996) 3371.
H. Over, Y. D. Kim, A. P. Seitsonen, S. Wendt, E. Lundgren, M. Schmid, P. Varga, A. Morgante, G. Ertl, Science, 287 (2000) 1474.
M. Bonn, S. Funk, Ch. Hess, D. N. Denzler, C. Stampfl, M. Scheffler, M. Wolf, G. Ertl, Science, 285 (1999) 1042.
A. Schaak, B. Nieuwenhuys, R. Imbihl, Surf. Sci., 441 (1999) 33.
T. Zambelli, J. Wintterlin, J. Trost, G. Ertl, Science, 273 (1996) 1688.
V. P. Zhdanov, B. Kasemo, J. Statistical Phys., 90 (1998) 79; V. P. Zhdanov, Phys. Rev. E, 59 (1999) 6292; V. N. Kuzovkov, O. Kortluke, W. Vonniessen, J. Chem. Phys., 108 (1998) 5571.
C. Stampfl, H. J. Kreuzer, S. H. Payne, M. Scheffler, Appl. Phys., A 69 (1999) 471.
D. J. Liu, J. W. Evans, Phys. Rev. Lett., 84 (2000) 955.
J. Wintterlin, S. Völkening, T. V. W. Janssens, T. Zambelli, G. Ertl, Science, 278 (1997) 1931.
M. Eiswirth, M. Bär, H. H. Rotermund, Physica D, 84 (1995) 40.
R. Imbihl, G. Ertl, Chem. Rev., 95 (1995) 697.
I. M. Ciobica, F. Frechard, R. A. van Santen, A. W. Kleyn, J. Hafner, J. Phys. Chem., B 104 (2000) 3364.
C. T. Rettner, D. J. Auerbach, J. C. Tully, A. W. Kleyn, J. Phys. Chem., 100 (1996) 13021.
T. Klüner, H. J. Freund, V. Staemmler, R. Kosloff, Phys. Rev. Lett., 80 (1998) 5208.
A. Eichler, J. Hafner, A. Groß, M. Scheffler, Phys. Rev., B 59 (1999) 13297.
A. Groß, M. Scheffler, M. J. Mehl, D. A. Papcostantopoulos, Phys. Rev. Lett., 82 (1999) 1209.
J. Wintterlin, R. Schuster, G. Ertl, Phys. Rev. Lett., 77 (1996) 123.
J. Kua, W. A. Goddard, J. Am. Chem. Soc., 121 (1999) 10928.
R. A. van Santen, J. Mol. Catal., A 115 (1997) 405.
S. Abbet, A. Sanchez, U. Heinz, W. D. Schneider, A. M. Ferrari, G. Pacchioni, N. Rösch, J. Am. Chem. Soc., 122 (2000) 3453.
R. A. van Santen, M. Neurock, Catal. Rev. Sci. Eng., 37 (1995) 557.
M. Frank, M. Bäumer, Phys. Chem. Chem. Phys., 2 (2000) 3723.
J. Urban, H. Sack-Kongehl, K. Weiss, Catal. Lett., 49 (1997) 101; C. R. Henry, Surf. Sci. Rep., 31 (1998) 231.
M. Bäumer, H. J. Freund, Progress in Surf. Sci., 61 (1999) 127.
J. Sauer, U. Eichler, U. Meier, A. Schafer, M. von Armin, R. Ahlrichs, Chem. Phys. Lett., 308 (1999) 147.
J. B. Nicholas, Catal. Lett., 4 (1997) 157.
R. A. van Santen, Catal. Today, 50 (1999) 511.
R. A. van Santen, G. J. Kramer, Chem. Rev., 95 (1995) 637.
M. Sierka, J. Sauer, Faraday Discussions, 106, (1997), 41.
P. E. Sinclair, A. Devries, P. S. Sherwood, C. R. A. Catlow, R. A. van Santen, Faraday Trans., 94 (1998) 3401.
H. V. Brand, L. A. Curtiss, L. E. Iton, J. Phys. Chem., 96 (1992) 7725.
J. Gao, in Reviews in Computational Chemistry, K. B. Lipkowitz, D. B. Boyd (Eds.), VCH, New York, Vol 7 (1996) 119.
M. Brändle, J. Sauer, J. Am. Chem. Soc., 120 (1998) 1556.
H. Knözinger, Advan. Catal., 25 (1976) 184.
D. Farcasiu, P. Lukinskas, Rev. Roumaine Chim., 44 (1999) 1091; M. Guisnet, N. S. Gnep, Appl. Catal., A 146 (1996) 33.
S. R. Blaszkowski, M. A. C. Nascimento, R. A. van Santen, J. Phys. Chem., 100 (1995) 11728.
F. G. Oliver, E. J. Munson, J. F. Haw, J. Am. Chem. Soc., 96 (1992) 8106.
M. V. Frash, R. A. van Santen, Phys. Chem. Chem. Phys., 2 (2000) 1085.
L. R. Santiago, M. Sierka, V. Branchadell, M. Sodupe, J. Sauer, J. Am. Chem. Soc, 1290 (1998) 1545.
D. Sülzle, H. Schwarz, K. H. Mock, J. K. Terlouw, Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc., 108 (1991) 269.
Pallassana, M. Neurock, L. B. Hansen, B. Hammer, J. K. Norskov, Phys. Rev., B 60 (1999) 6146.
C. Stampfl, M. Scheffler, Phys. Rev., B 54 (1996) 2868.
C. Stampfl, H. J. Kreuzer, S. H. Payne, H. Pfnür, M. Scheffler, Phys. Rev. Lett., 83 (1999) 2993.
P. S. Cremer, X. Su, Y. Shen, G. A. Somorjai, Catal. Lett., 40 (1996) 143.
M. Neurock, V. Pallassana, R. A. van Santen, J. Am. Chem. Soc., 122 (2000) 1150
T. Yamaguchi, T. Jin, K. Tanabe, J. Phys. Chem., 90 (1986) 3148.
T. Riemer, D. Spielbauer, M. Hunger, G. A. Mekhemer, H. Knözinger, J. Chem. Soc., Chem. Commun., (1994) 1181.
F. Haase, J. Sauer, J. Am. Chem. Soc., 120 (1998) 13503.
H. J. Freund, Phys. Stat. Sol., B 192 (1995) 407.
H. P. Boehm, H. Knözinger, in Catal. Rev. Sci. Technol., J. R. Anderson and M. Boudart (Eds.), Vol. 4, 1983.
H. J. Freund, Ber. Bunsenges. Phys. Chem., 99 (1995) 1261.
G. Renaud, Surf. Sci. Reports, 32 (1998) 1.
M. Klimenkov, S. Nepijko, H. Kuhlenbeck, M. Bäumer, R. Schlögl, H. J. Freund, Surf. Sci., 391 (1997) 27.
A. Bogicevic, D. R. Jennison, Phys. Rev. Lett., 82 (1999) 4050.
X. G. Wang, A. Chaka, M. Scheffler, Phys. Rev. Lett., 84 (2000) 3650.
X. G. Wang, W. Weiss, Sh.K. Shaikhutdinov, M. Ritter, M. Petersen, F. Wagner, R. Schlögl, M. Scheffler, Phys. Rev. Lett., 81 (1998) 1038.
M. Ritter, H. Over, W. Weiss, Surf. Sci., 371 (1997) 245; S. K. Shaikhutdinov, Y. Joseph, C. Kuhrs, W. Ranke, W. Weiss, Faraday Disc., 114 (1999) 363.
M. Ritter, W. Weiss, Surf. Sci., 432 (1999) 81.
A. Chakrabarti, K. Hermann, R. Drunzinc, M. Witko, F. Wagner, M. Petersen, Phys. Rev., B 59 (1999) 10583.
K. Hermann, M. Witko, R. Druzinic, R. Tokarz, Topics in Catal., 11 (2000) 67.
K. Hermann, M. Witko, R. Druzinic, A. Chakrabartii, B. Tepper, M. Elsner, A. Gorschlüter, H. Kuhlenbeck, H. J. Freund, J. El. Spec. Relat. Phenom., 98 (1999) 245.
S. Surnev, L. Vitali, M. G. Ramsey, F. P. Netzer, G. Kresse, J. Hafner, Phys. Rev, B 61 (2000) 13945.
P. Statiris, H. C. Lu, T. Gustaffson, Phys. Rev. Lett., 72 (1994) 3574.
J. Xie, S. de Gironcoli, S. Baroni, M. Scheffler, Phys. Rev., B 59 (1999) 970.
A. Nagy, G. Mestl, D. Herein, G. Weinberg, E. Kitzelmann, R. Schlögl, J. Catal., 182 (1999) 417.
B. Hammer, J. K. Norskov, Surf. Sci., 343 (1995) 211.
Catalysis: An Integrated Approach, R. A. van Santen, P. W. N. M. van Leeuwen, J. A. Moulijn, B. A. Averill (Eds.), Elsevier, 1999, p. 102.
E. A. Carter, W. A. Goddard, Surf. Sci., 209 (1989) 243.
P. J. van den Hoek, E. J. Baerends, R. A. van Santen, J. Phys. Chem., 93 (1989) 6469.
H. S. Bengaard, I. Alstrup, I. Chorkendorff, S. Ullmann, J. R. Rostrup-Nielsen, J. K. Norskov, J. Catal., 187 (1999) 238.
B. Hammer, Y. Morikawa, J. K. Norskov, Phys. Rev. Lett., 76 (1996) 2141.
B. Hammer, O. H. Nielsen, J. K. Norskov, Catal. Lett., 46 (1997) 31.
M. Mavrikakis, B. Hammer, J. K. Norskov, Phys. Rev. Lett., 81 (1998) 2819.
R. Hosemann, A. Preisinger, W. Vogel, Ber. Bunsenges. Phys. Chem., 70 (1966) 797; W. S. Borghard, M. Boudart, J. Catal., 80 (1983) 194.
B. Herzog, D. Herein, R. Schlögl, Appl. Catal., A 141 (1996) 71.
O. Hinrichsen, F. Rosowski, A. Hornung, M. Muhler, G. Ertl., J. Catal., 165 (1997) 33.
K. Jacobi, Phys. Stat. Sol., A 177 (2000) 37.
S. Dahl, A. Logadottir, R. C. Egeberg, J. H. Larsen, I. Chorkendorff, E. Törnqvist, J. K. Norskov, Phys. Rev. Lett., 83 (1999) 1814.
B. S. Clausen, J. K. Norskov, Topics in Catal., 10 (2000) 221; K. H. Hansen, T. Worren, S. Stempel, E. Laegsgaard, M. Bäumer, H. J. Freund, F. Besenbacher, I. Stensgaard, Phys. Rev. Lett., 83 (1999) 4120.
J. Urban, H. Sack-Kongehl, K. Weiss, Catal. Lett., 49 (1997) 101.
A. Borbely, G. Hoffmann, E. Aernoudt, T. Ungar, Acta Mater., 45 (1997) 89; M. E. Kassner, M. T. Perez-Prado, K. S. Veccio, M. A. Wall, Acta Mater., 48 (2000) 4247.
H. Ibach, Surf. Sci. Rep., 29 (1997) 193.
K. Homann, H. Kuhlenbeck, H. J. Freund, Surf. Sci., 327 (1995) 216.
A. Ruban, B. Hammer, P. Stoltze, H. L. Skriver, J. K. Norskov, J. Mol. Catal., A 115 (1997) 421.
I. Böttger, T. Schedel-Niedrig, O. Timpe, R. Gottschall, M. Haevecker, T. Ressler, R. Schlögl, Eur. J. Chem., 6 (1999) 1870.
A. Knop-Gericke, M. Hävecker, Th. Schedel-Niedrig, R. Schlögl, Topics in Catal., 10 (2000) 187.
S. Y. Liem, J. H. R. Clarke, G. Kresse, Surf. Sci., 459 (2000) 104.
C. M. Freeman, G. Fitzgerald, D. King-Smith, J. M. Newsam, Chemtech, 29 (1999) 27.
C. M. Draznieks, J. M. Newsam, A. M. Gorman, C. M. Freeman, G. Ferrey, Angew. Chem., Int. Ed., 39 (2000) 2270.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Schlögl, R. Theory in Heterogeneous Catalysis; an Experimentalist's View. CATTECH 5, 146–170 (2001). https://doi.org/10.1023/A:1014012505414
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1023/A:1014012505414