Nghiên cứu quá trình khử điện hoá CO2 thành CO trên chất xúc tác lưỡng nguyên tử kim loại quý gắn trên graphene bằng phương pháp DFT
Tóm tắt: 89
| 
PDF: 57 
##plugins.themes.academic_pro.article.main##
Author
Từ khóa:
Sự khử CO2
graphene
hai nguyên tử kim loại quý
DFT
Tóm tắt
Sự khử CO2 điện hóa thành CO trên các lưỡng nguyên tử kim loại quý M2 (M2 = Pt2, Pd2 và Pt1Pd1) gắn trên graphene (M2/G) được khảo sát bằng phương pháp lý thuyết phiếm hàm mật độ. Phân tích cấu trúc điện tử cho thấy, các lưỡng nguyên tử kim loại gắn trên graphene có khả năng hoạt hóa CO2 nhờ vào sự chuyển điện tử từ các nguyên tử kim loại sang orbital phản liên kết π* của CO2. Quá trình hoạt hoá trên bề mặt chất xúc tác làm cho phân tử CO2 bị bẻ cong so với dạng cấu trúc thẳng của phân tử CO2 tự do. Kết quả tính toán biến thiên năng lượng tự do cho thấy sự giải hấp của CO là quá trình không thuận lợi nhất về mặt năng lượng trong cơ chế khử điện hoá của CO2 thành CO.
Tài liệu tham khảo
-
[1] R. Anderson, E. Hawkins, and P. D. Jones, “CO2, the greenhouse effect and global warming: from the pioneering work of Arrhenius and Callendar to today’s Earth System Models”, Endeavour, vol. 40, no. 3, pp. 178–187, Sep. 2016, doi: 10.1016/j.endeavour.2016.07.002.
[2] “The greenhouse effect”, British Geological Survey. https://www.bgs.ac.uk/discovering-geology/climate-change/how-does-the-greenhouse-effect-work/ (accessed Aug. 11, 2022).
[3] Yao et al., “Transforming carbon dioxide into jet fuel using an organic combustion-synthesized Fe-Mn-K catalyst”, Nat Commun, vol. 11, no. 1, Art. no. 1, Dec. 2020, doi: 10.1038/s41467-020-20214-z.
[4] Saravanan et al., “A comprehensive review on different approaches for CO2 utilization and conversion pathways”, Chemical Engineering Science, vol. 236, p. 116515, Jun. 2021, doi: 10.1016/j.ces.2021.116515.
[5] Centi and S. Perathoner, “Opportunities and prospects in the chemical recycling of carbon dioxide to fuels”, Catalysis Today, vol. 148, no. 3, pp. 191–205, Nov. 2009, doi: 10.1016/j.cattod.2009.07.075.
[6] Luo, Y. Su, R. Li, X. Chen, and T. Wang, “Effect of Inert Gas CO2 on Deflagration Pressure of CH4/CO”, ACS Omega, vol. 5, no. 36, pp. 23002–23008, Sep. 2020, doi: 10.1021/acsomega.0c02686.
[7] Li, H. Su, S. H. Chan, and Q. Sun, “CO2 Electroreduction Performance of Transition Metal Dimers Supported on Graphene: A Theoretical Study”, ACS Catal., vol. 5, no. 11, pp. 6658–6664, Nov. 2015, doi: 10.1021/acscatal.5b01165.
[8] Sihag et al., “DFT Insights into Comparative Hydrogen Adsorption and Hydrogen Spillover Mechanisms of Pt4/Graphene and Pt4/Anatase (101) Surfaces”, J. Phys. Chem. C, vol. 123, no. 42, pp. 25618–25627, Oct. 2019, doi: 10.1021/acs.jpcc.9b04419.
[9] A. Wella, Y. Hamamoto, Suprijadi, Y. Morikawa, and I. Hamada, “Platinum single-atom adsorption on graphene: a density functional theory study”, Nanoscale Adv., vol. 1, no. 3, pp. 1165–1174, Mar. 2019, doi: 10.1039/C8NA00236C.
[10] Krishnan, S.-Y. Wu, and H.-T. Chen, “Single Pt atom supported on penta-graphene as an efficient catalyst for CO oxidation”, Phys. Chem. Chem. Phys., vol. 21, no. 23, pp. 12201–12208, Jun. 2019, doi: 10.1039/C9CP02306B.
[11] Sun et al., “Single-atom Catalysis Using Pt/Graphene Achieved through Atomic Layer Deposition”, Sci Rep, vol. 3, no. 1, Art. no. 1, May 2013, doi: 10.1038/srep01775.
[12] Liu et al., “In situ immobilization of isolated Pd single-atoms on graphene by employing amino-functionalized rigid molecules and their prominent catalytic performance”, Catal. Sci. Technol., vol. 10, no. 2, pp. 450–457, Jan. 2020, doi: 10.1039/C9CY02110H.
[13] Luo, W. Zhang, C.-F. Fu, and J. Yang, “Single Pd atom and Pd dimer embedded graphene catalyzed formic acid dehydrogenation: A first-principles study”, International Journal of Hydrogen Energy, vol. 43, no. 14, pp. 6997–7006, Apr. 2018, doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.02.129.
[14] Zhou et al., “Pd Single-Atom Catalysts on Nitrogen-Doped Graphene for the Highly Selective Photothermal Hydrogenation of Acetylene to Ethylene”, Advanced Materials, vol. 31, no. 18, p. 1900509, 2019, doi: 10.1002/adma.201900509.
[15] He, C. Morrissey, L. A. Curtiss, and P. Zapol, “Graphene-Supported Monometallic and Bimetallic Dimers for Electrochemical CO2 Reduction”, J. Phys. Chem. C, vol. 122, no. 50, pp. 28629–28636, Dec. 2018, doi: 10.1021/acs.jpcc.8b07887.
[16] Yan, S. Shu, X. Shi, and J. Li, “Promotion effect of Au single-atom support graphene for CO oxidation”, Chinese Chemical Letters, vol. 33, no. 11, pp. 4822–4827, Nov. 2022, doi: 10.1016/j.cclet.2022.01.032.
[17] Tang et al., “Comparative Study of NO and CO Oxidation Reactions on Single-Atom Catalysts Anchored Graphene-like Monolayer”, ChemPhysChem, vol. 22, no. 6, pp. 606–618, 2021, doi: 10.1002/cphc.202001021.
[18] Kresse and J. Furthmüller, “Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set”, Computational Materials Science, Jul. 1996, doi: 10.1016/0927-0256(96)00008-0.
[19] P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, “Generalized Gradient Approximation Made Simple”, Phys. Rev. Lett., vol. 77, no. 18, pp. 3865–3868, Oct. 1996, doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865.
[20] Kresse and D. Joubert, “From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method”, Phys. Rev. B, vol. 59, no. 3, pp. 1758–1775, Jan. 1999, doi: 10.1103/PhysRevB.59.1758.
[21] Grimme, J. Antony, S. Ehrlich, and H. Krieg, “A consistent and accurate ab initio parametrization of density functional dispersion correction (DFT-D) for the 94 elements H-Pu”, J. Chem. Phys., vol. 132, no. 15, p. 154104, Apr. 2010, doi: 10.1063/1.3382344.
[22] Tozini, M. Forti, P. Gargano, P. R. Alonso, and G. H. Rubiolo, “Charge Difference Calculation in Fe/Fe3O4 Interfaces from DFT Results”, Procedia Materials Science, vol. 9, pp. 612–618, Jan. 2015, doi: 10.1016/j.mspro.2015.05.037.
[23] Henkelman, A. Arnaldsson, and H. Jónsson, “A fast and robust algorithm for Bader decomposition of charge density”, Computational Materials Science, vol. 36, no. 3, pp. 354–360, Jun. 2006, doi: 10.1016/j.commatsci.2005.04.010.
[24] Tang, E. Sanville, and G. Henkelman, “A grid-based Bader analysis algorithm without lattice bias”, J. Phys.: Condens. Matter, vol. 21, no. 8, p. 084204, Jan. 2009, doi: 10.1088/0953-8984/21/8/084204.
[25] Li, C. Chen, R. Cao, Z. Pan, H. He, and K. Zhou, “Dual-atom Ag2/graphene catalyst for efficient electroreduction of CO2 to CO”, Applied Catalysis B: Environmental, vol. 268, p. 118747, Jul. 2020, doi: 10.1016/j.apcatb.2020.118747.
[26] A. Peterson, F. Abild-Pedersen, F. Studt, J. Rossmeisl, and J. K. Nørskov, “How copper catalyzes the electroreduction of carbon dioxide into hydrocarbon fuels”, Energy Environ. Sci., vol. 3, no. 9, pp. 1311–1315, Aug. 2010, doi: 10.1039/C0EE00071J.
[27] R. C. Rêgo, P. Tereshchuk, L. N. Oliveira, and J. L. F. Da Silva, “Graphene-supported small transition-metal clusters: A density functional theory investigation within van der Waals corrections”, Phys. Rev. B, vol. 95, no. 23, p. 235422, Jun. 2017, doi: 10.1103/PhysRevB.95.235422.
[28] Ooka, M. C. Figueiredo, and M. T. M. Koper, “Competition between Hydrogen Evolution and Carbon Dioxide Reduction on Copper Electrodes in Mildly Acidic Media”, Langmuir, vol. 33, no. 37, pp. 9307–9313, Sep. 2017, doi: 10.1021/acs.langmuir.7b00696.
[29] Valenti et al., “Suppressing H2 Evolution and Promoting Selective CO2 Electroreduction to CO at Low Overpotentials by Alloying Au with Pd”, ACS Catal., vol. 9, no. 4, pp. 3527–3536, Apr. 2019, doi: 10.1021/acscatal.8b04604.
[30] J. Song, E. L. Klein, F. Neese, and S. Ye, “The Mechanism of Homogeneous CO2 Reduction by Ni(cyclam): Product Selectivity, Concerted Proton–Electron Transfer and C–O Bond Cleavage”, Inorg. Chem., vol. 53, no. 14, pp. 7500–7507, Jul. 2014, doi: 10.1021/ic500829p
Xem thêm
##plugins.themes.academic_pro.article.sidebar##
Đã Xuất bản
Nov 30, 2022
Download
Cách trích dẫn
Ho Viet Thang, Thong Le Minh Pham, Mai Van Bay, và Nguyen Thi Minh Xuan. “Nghiên cứu Quá trình khử điện Hoá CO2 thành CO Trên chất Xúc tác lưỡng Nguyên tử Kim loại Quý gắn Trên Graphene bằng phương pháp DFT”. Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, vol 20, số p.h 11.2, Tháng Mười-Một 2022, tr 1-5, https://jst-ud.vn/jst-ud/article/view/8016.
