Pseudo-copper Ni-Zn alloy catalysts for carbon dioxide reduction to C2 products

催化作用 吸附 材料科学 合金 密度泛函理论 化学工程 氧化还原 无机化学 冶金 化学 物理化学 计算化学 有机化学 工程类
作者
Xiaodong Zhang,Kang Liu,Junwei Fu,Hongmei Li,Hao Pan,Junhua Hu,Min Liu
出处
期刊:Frontiers of Physics in China [Higher Education Press]
卷期号:16 (6) 被引量:30
标识
DOI:10.1007/s11467-021-1079-4
摘要

Electrocatalytic CO2 reduction reaction (CO2RR) to obtain C2 products has drawn widespread attentions. Copper-based materials are the most reported catalysts for CO2 reduction to C2 products. Design of high-efficiency pseudo-copper catalysts according to the key characteristics of copper (Cu) is an important strategy to understand the reaction mechanism of C2 products. In this work, density function theory (DFT) calculations are used to predict nickel-zinc (NiZn) alloy catalysts with the criteria similar structure and intermediate adsorption property to Cu catalyst. The calculated tops of 3d states of NiZn3(001) catalysts are the same as Cu(100), which is the key parameter affecting the adsorption of intermediate products. As a result, NiZn3(001) exhibits similar adsorption properties with Cu(100) on the crucial intermediates *CO2, *CO and *H. Moreover, we further studied CO formation, CO hydrogenation and C-C coupling process on Ni-Zn alloys. The free energy profile of C2 products formation shows that the energy barrier of C2 products formation on NiZn3(001) is even lower than Cu(100). These results indicate that NiZn3 alloy as pseudo-copper catalyst can exhibit a higher catalytic activity and selectivity of C2 products during CO2RR. This work proposes a feasible pseudo-copper catalyst and provides guidance to design high-efficiency catalysts for CO2RR to C2 or multi-carbon products.
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