Resolving CO2 activation and hydrogenation pathways over iron carbides from DFT investigation

离解(化学) 催化作用 密度泛函理论 活化能 屏障激活 化学 碳化物 反应机理 气相 光化学 计算化学 物理化学 有机化学
作者
Xianglin Liu,Chenxi Cao,Pengfei Tian,Minghui Zhu,Jie Wang,Jing Xu,Yun Tian,Yi‐Fan Han
出处
期刊:Journal of CO2 utilization [Elsevier]
卷期号:38: 10-15 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.jcou.2019.12.014
摘要

In this work, periodic density functional theory (DFT) calculations were performed to investigate the CO2 activation mechanism over thermodynamically stable χ-Fe5C2 (510) and θ-Fe3C (031) facets. Four major pathways of CO2 activation were examined, including the direct dissociation of CO2 and the H-assisted intermediates of *COOH, *HCOO, and *CO + *OH. Both χ-Fe5C2 and θ-Fe3C have proven to be active for CO2 direct dissociation (Ea =0.17 eV). As for H assisted CO2 activation, the one-step formation of *CO + *OH is feasible on χ-Fe5C2 (Ea =0.24 eV). Furthermore, θ-Fe3C favors the *HCOO pathway (Ea =0.20 eV) and *CO + *OH formation (Ea = 0.11 eV), while neither phase favors the formation of *COOH. Both CO2 direct activation and H-assisted CO2 activation pathways are of vital importance under high ratio of H/C in CO2 hydrogenation reaction. This work sheds light on CO2 activation mechanism over iron carbides, improving the rational design of CO2 hydrogenation catalysts.
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