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

Nowadays industrially produced chlorofluorocarbons (CFCs) substantially
modify the global climate, since their emission leads to environmentally
hazardous ozone depleting reactions. Beforehand photoexcited low-energy
electrons 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 comprehensive
picture of activation and course of these intermediate chemical reactions
via analysing prototypical adsorbed molecules (phenyl halogenides) and ice
surface structures.
A characteristic scenario for the microscopic mechanisms and the relevant
electronic structures is found employing GW and underlying plane wave
periodic supercell DFT calculations. Insight into direct neutral
photodissociation is given by subsequent BSE calculations. The theoretical
results are entirely consistent with the observations, made e.g. via STM
or 2PPE experiments, and contribute significantly to their explanation.
Apart from that nascent solvated electrons at the ice surface are of
fundamental interest, since they can induce reactions of adsorbates in a
wide range of energy and time scales. The results evidence a connection
between electron solvation and reorientations of ice surface molecules. 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 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.