Ab Initio Microkinetic Modelings of Molecular Reactions on Pd(100), Pd(110), and Pd(111) Surfaces: A CO2/CO Reduction Case Study

离解(化学) 化学 吸附 密度泛函理论 从头算 物理化学 催化作用 金属 铂金 从头算量子化学方法 计算化学 无机化学 分子 有机化学
作者
Jinfan Chen,Hu Li,Tao Tang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:126 (17): 7468-7481 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.2c01544
摘要

Palladium metal (Pd) and its alloys are favorable materials for hydrogen storage and purification but are facile to surface adsorption inhibition by impurities like CO2 and CO. In this work, density functional theory calculations coupled with microkinetic modelings were performed to analyze and compare reaction processes occurring on Pd(100), Pd(110), and Pd(111) surfaces when exposed to mixing gases of H2 + CO2 and H2 + CO. Simulation results indicate that perfect Pd surfaces are nonactive for catalyzing CO2-to-CO reactions and thus resistant to CO2 inhibition when acting as membranes for hydrogen permeation. Effects of CO on retarding hydrogen adsorption on perfect Pd surfaces are notable at temperatures below 600 K by preferentially occupying the active sites both thermodynamically and kinetically. Rates of CO2-to-CO reactions are mainly limited by the COOH formation and dissociation steps, and the direct CO2 dissociation step becomes influential on Pd(100) and Pd(110) at temperatures above 750 K. For H2 + CO reactions, the rate-limiting steps on all of the Pd surfaces are the dissociation of COH species, and carbon deposition was only observed on the Pd(100) slab.
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