Computational screening of MN4 (M = Ti–Cu) based metal organic frameworks for CO2 reduction using the d-band centre as a descriptor

催化作用 还原(数学) 限制 金属有机骨架 过渡金属 材料科学 金属 分子 纳米技术 化学工程 无机化学 冶金 化学 物理化学 有机化学 数学 吸附 工程类 机械工程 几何学
作者
Xin Mao,Cheng Tang,Tianwei He,Dimuthu Wijethunge,Cheng Yan,Zhonghua Zhu,Aijun Du
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:12 (10): 6188-6194 被引量:57
标识
DOI:10.1039/c9nr09529b
摘要

Electrocatalytic reduction is considered to be a promising way for the green and sustainable conversion of CO2 into fuels and chemicals. Transition metals, copper particularly, are the most popular catalysts for this process and a wide range of reduced carbon compounds can be obtained. In previous studies, the binding energies of *CO and *OH were adopted as descriptors to screen out the best catalyst. However, this approach is not effective for those catalysts that have a weak interaction with CO molecules. Herein, we present a theoretical work by using the d-band centre as a descriptor to predict the best catalyst for CO2 reduction to CH4 based on newly synthesized metal organic frameworks, namely porous M3 (HITP)2 (HITP, 2,3,6,7,10,11-hexaiminotriphenylene) two-dimensional metal organic frameworks (MN4-MOFs). The limiting potentials of MN4-MOFs (M = Ti to Cu) for CO2 reduction, determined by the formation energy of *OCHOH and *OCH2OH species, are closely correlated with the d-band centre from the TiN4-MOF to CuN4-MOF. Among the eight catalysts examined, the FeN4-MOF turns out to be the most active one for the selective conversion of CO2 to CH4 with an ultralow limiting potential of only -0.41 V, which is comparable or even lower than that of other reported CO2 reduction catalysts.
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