Insight into CH4 Formation in Iron-Catalyzed Fischer−Tropsch Synthesis

化学 离解(化学) 催化作用 费托法 密度泛函理论 Atom(片上系统) 反应性(心理学) 屏障激活 空位缺陷 结晶学 物理化学 计算化学 选择性 有机化学 医学 替代医学 病理 计算机科学 嵌入式系统
作者
Chun‐Fang Huo,Yongwang Li,Jianguo Wang,Haijun Jiao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:131 (41): 14713-14721 被引量:227
标识
DOI:10.1021/ja9021864
摘要

Spin-polarized density functional theory calculations have been performed to investigate the carbon pathways and hydrogenation mechanism for CH4 formation on Fe2C(011), Fe5C2(010), Fe3C(001), and Fe4C(100). We find that the surface C atom occupied sites are more active toward CH4 formation. In Fischer−Tropsch synthesis (FTS), CO direct dissociation is very difficult on perfect FexCy surfaces, while surface C atom hydrogenation could occur easily. With the formation of vacancy sites by C atoms escaping from the FexCy surface, the CO dissociation barrier decreases largely. As a consequence, the active carburized surface is maintained. Based on the calculated reaction energies and effective barriers, CH4 formation is more favorable on Fe5C2(010) and Fe2C(011), while Fe4C(100) and Fe3C(001) are inactive toward CH4 formation. More importantly, it is revealed that the reaction energy and effective barrier of CH4 formation have a linear relationship with the charge of the surface C atom and the d-band center of the surface, respectively. On the basis of these correlations, one can predict the reactivity of all active surfaces by analyzing their surface properties and further give guides for catalyst design in FTS.

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