CO2 activation and dissociation on the Fe2O3/Cu(111) inverse catalyst: A dispersion-corrected DFT study

离解(化学) 吸热过程 吸附 放热反应 催化作用 化学 密度泛函理论 氧化物 分子 物理化学 无机化学 计算化学 生物化学 有机化学
作者
Oscar Hurtado-Aular,Ricardo M. Ferullo,Patricia G. Belelli
出处
期刊:Computational Materials Science [Elsevier BV]
卷期号:233: 112741-112741
标识
DOI:10.1016/j.commatsci.2023.112741
摘要

Density functional calculations have been performed to study the adsorption and dissociation of CO2 on a model of Fe2O3/Cu(1 1 1) inverse catalyst employing the PBE-D3 functional. The adsorption of the Fe2O3 cluster on Cu(1 1 1) surface was found to be highly exothermic accompanied by a noticeable deformation of its structure. An electronic charge transfer from Cu to Fe2O3 was observed and the appearance of a partially occupied Fe 4 s electronic state around the Fermi level was evidenced. This available electronic charge plays a significant role in the subsequent CO2 adsorption. This molecule adsorbs preferentially at the oxide–metal interface with a bent geometry. The adsorption involves a charge transfer from Fe2O3/Cu(1 1 1) to CO2, yielding an activated CO2δ- species. On pristine Cu(1 1 1) and Fe2O3(0001) surfaces, the CO2 adsorption is weaker, and the almost null charge transfer indicates a non-activated CO2 molecule. The dissociation of CO2 on Fe2O3/Cu(1 1 1) was calculated to be slightly exothermic, endothermic on Cu(1 1 1) and strongly endothermic on Fe2O3(0001). The activation barrier for CO2 dissociation was found to be 0.90 eV on Fe2O3/Cu(1 1 1), significantly lower than on Cu(1 1 1) and Fe2O3(0001). Our calculations show a great potential for the use of Fe2O3/Cu(1 1 1) inverse catalysts in reactions involving CO2 activation and dissociation.
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