Pt-embedded bismuthene as a promising single-atom catalyst for CO oxidation: A first-principles investigation

催化作用 材料科学 Atom(片上系统) 过渡金属 密度泛函理论 吸附 金属 结晶学 物理化学 纳米技术 计算化学 化学 冶金 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Wenfeng Pan,Bin Zhao,N. D. Qi,Zhiquan Chen
出处
期刊:Molecular Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:501: 111379-111379 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.mcat.2020.111379
摘要

• Pt embedded bismuthene is stable and shows relatively strong interaction with CO and O 2 molecules. • CO oxidation reaction on Pt embedded bismuthene has a low energy barrier of 0.37 eV via the TER mechanism. • The hybridization between the CO and O 2 2 π * orbitals and the Pt 5d orbital plays an important role in the high catalyst activity. • Pt embedded bismuthene can serve as an efficient catalyst for CO oxidation. In this paper, the potential of transition metal atom (Fe, Co, Ni, Mn, Pt, Ag and Au) embedded bismuthene as the single-atom catalyst for CO oxidation has been systematically studied using first-principles calculation. Owing to the relatively high stability and strong adsorption energy for CO and O 2 molecules, Pt embedded bismuthene (Pt/bismuthene) is demonstrated as the most suitable catalyst among the above transition metal embedded bismuthene. By exploring three reaction mechanism for CO oxidation, it is found that the calculated reaction barrier via tri-molecular Eley–Rideal mechanism is as low as 0.37 eV, suggesting that Pt/bismuthene has high catalytic activity for CO oxidation. The electronic structure analysis along the rate-determining step shows that the high catalytic activity of Pt/bismuthene is ascribed to the hybridization between the CO and O 2 2 π * orbitals and the Pt 5d orbital. Overall, our studies propose that Pt/bismuthene appears to be an excellent candidate of single-atom catalyst for CO oxidation.
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