Graphene-Supported Tin Single-Atom Catalysts for CO2 Hydrogenation to HCOOH: A Theoretical Investigation of Performance under Different N Coordination Numbers

催化作用 选择性 化学 Atom(片上系统) 密度泛函理论 物理化学 活化能 计算化学 无机化学 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Xiaotao Liang,Qiang Ke,Xiuyun Zhao,Xin Chen
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (6): 4489-4498 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsanm.2c05581
摘要

The effects of the adjustment of the N coordination number in Sn single-atom catalysts toward the activity and selectivity of CO2 hydrogenation to HCOOH are systematically explored via density functional theory calculations. The stability of the studied catalysts was evaluated by formation energy calculations, and the calculated results indicated that Sn-NxC4–x-G (x = 1–4) are structurally stable. Through the discussion of the reaction mechanism, the optimal path of CO2 hydrogenation to HCOOH on all the studied catalysts is via CO2* + H2* → HCOO* + H* → HCOOH*. In addition, they have different speed limit steps. For Sn-N1C3-G and Sn-N2C2-G, the rate-determining step of CO2 to HCOOH is CO2* + H2* → HCOO* + H*, while the rate-determining step of the other two catalysts is HCOO* + H* → HCOOH*. Meanwhile, the order of catalytic activities of Sn-NxC4–x-G is determined to be Sn-N1C3-G > Sn-N2C2-G > Sn-N3C1-G > Sn-N4-G. Furthermore, the origin of the catalytic activities for HCOOH synthesis on Sn-NxC4–x-G is revealed through the calculated p-band center. It demonstrated that the p-band center of the Sn atom is a good descriptor to evaluate the catalytic activity for HCOOH synthesis in the Sn-NxC4–x-G system.
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