Investigating CO2 Methanation on Ni and Ru: DFT Assisted Microkinetic Analysis

离解(化学) 密度泛函理论 甲烷化 催化作用 选择性 反应机理 动力学 化学 光化学 化学动力学 物理化学 无机化学 计算化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Ojus Mohan,Shambhawi Shambhawi,Rong Xu,Alexei A. Lapkin,Samir H. Mushrif
出处
期刊:Chemcatchem [Wiley]
卷期号:13 (10): 2420-2433 被引量:44
标识
DOI:10.1002/cctc.202100073
摘要

Abstract A multiscale analysis combining density functional theory (DFT) and microkinetic modeling is performed to resolve the uncertainties in CO 2 methanation reaction mechanism and kinetics on popular Ni and Ru catalysts. The most debated issues are the activation routes of CO 2 and CO (hydrogenation or direct dissociation) and whether the reaction proceeds with or without forming a CO* intermediate. We investigated a comprehensive reaction network of 46 elementary reactions, involving multiple CO 2 , CO activation routes and side reactions using a benchmarked DFT functional. Our study shows that the dominant pathway at 550 K and 10 atm includes direct dissociation of CO 2 * to CO* on both Ni and Ru surfaces. On Ru, CO* undergoes hydrogenation to form COH* that further dissociates to C*, whereas on Ni, HCO* is formed that gives CH* upon dissociation. The rate determining steps on Ni and Ru are HCO* dissociation to CH* and O* and CH 3 * hydrogenation to CH 4 , respectively. We further find that selectivity of the reaction on Ni is higher than that on Ru, whereas activity of Ru is higher.
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