Zirconia-modified copper catalyst for CO2 conversion to methanol from DFT study

催化作用 甲醇 格式化 吸附 离解(化学) 选择性 无机化学 密度泛函理论 化学 光化学 物理化学 有机化学 计算化学
作者
Lingna Liu,Xuanyue Su,Hui Zhang,Nengjian Gao,Fan Xue,Yajun Ma,Zhao Jiang,Tao Fang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:528: 146900-146900 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2020.146900
摘要

Abstract The hydrogenation of carbon dioxide (CO2) to methanol on (ZrO2)3/Cu(1 1 0) interface has been investigated by periodic density functional theory (DFT) calculations. With regard to the adsorption of all the species involved in methanol synthesis, the species prefer to adsorb on the interface between Cu(1 1 0) surface and (ZrO2)3 cluster and through C-Cu and O-Zr bonds. The adsorption energies of unsaturated species are increased on (ZrO2)3/Cu(1 1 0) interface compared to that on Cu(1 1 0) surface. Formate (HCOO), hydrocarboxy (COOH) and reverse water gas shift (RWGS) pathways in the reaction network of C O 2 + 3 H 2 → C H 3 OH + H 2 O were considered. In HCOO pathway, the binding CO2* primarily hydrogenates to bi-HCOO*, which hydrogenates subsequently to HCOOH*, H2COOH*, H2CO*, H3CO* and CH3OH*. The formation of H2CO* and OH* through H2COOH* decomposition has the highest reaction barrier of 1.39 eV, which is lower than the rate-limiting step of cis-COOH* dissociation with an activation barrier of 1.46 eV in RWGS pathway. COOH* is facile to go through HCOOH* intermediate comparing with the formation of t,t-COHOH* in COOH pathway, indicating that CH3OH is mainly produced via HCOOH channel in the reaction scheme on ZrO2/Cu(1 1 0) interface. The formation of byproducts such as HCOOH, H2CO and CO is significantly inhibited over (ZrO2)3/Cu(1 1 0) interface, showing a high selectivity for producing CH3OH. These results demonstrated that (ZrO2)3/Cu(1 1 0) is a potential candidate catalyst for methanol production via CO2 hydrogenation.
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