o-p H conversion on noble metals

(Received 29 May 1991, accepted 9 September 1991)

Abstract
Electron-energy-loss experiments of H ₂ physisorbed at low temperatures on a Ag(111) surface have indicated that the o-p H ₂ conversion rate is very fast , in contradiction with the usual belief that the catalyst must be magnetic to be efficient. We examine a large family of processes valid for non-magnetic and non-dissociative metals which physically convert the hydrogen molecules on the basis of the emission of metal electron-hole pairs. The importance of metal and molecule electron states in the processes is for the first time emphasized. The most efficient mechanism found is the Coulomb-Contact one based on a virtual charge transfer, back and forth, from the metal to the molecule, having a rate in agreement with experiment.

Résumé
Les expériences de "EELS" sur l'hydrogène moléculaire physisorbé à basse température sur des surfaces d'Ag(111) ont démontré que la vitesse de conversion ortho-para était trés rapide (de l'ordre d'1 ou 2 min). Ces expériences contredisent les anciennes théories toutes basées sur un catalyseur magnétique. Nous examinons une large famille de processus, opérant sur des surfaces métalliques non magnétiques et non dissociatives, qui convertissent les molécules d'hydrogène en émettant des paires électron-trou. L'importance des états électroniques métalliques et moléculaires dans les mécanismes de conversion est ici pour la première fois reconnue. Le mécanisme trouvé le plus efficace est un processus dénommé Coulomb-Contact qui induit le saut virtuel, aller et retour, d'un électron du métal sur la molécule. Sa vitesse de réaction est en accord avec l'expérience.