Revealing the Role of MgO in Sorption‐Enhanced Water Gas Shift Reaction for H2 Production: A DFT Study

水煤气变换反应 吸附 生产(经济) 化学工程 化学 材料科学 物理化学 吸附 催化作用 有机化学 工程类 经济 宏观经济学
作者
Wenhan Zhao,Yingjie Li,Yi Fang,Zhiwei Chu,Kuihua Han,Rongyue Sun
出处
期刊:Advanced sustainable systems [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adsu.202400221
摘要

Abstract The sorption‐enhanced water gas shift (SEWGS) process has emerged as a promising technology for high‐purity H 2 production. MgO serves as a competitive sorbent in SEWGS, removing CO 2 in situ. Yet the reaction mechanism of SEWGS employing MgO is not well understood. In this work, the reaction mechanism of SEWGS on the MgO surface is revealed by density functional theory (DFT) analysis. The MgO(110) surface shows a remarkable enhancement for SEWGS. Spontaneous dissociation of H 2 O is observed whether in the presence of CO or CO 2 , leading to the enrichment of hydroxyl groups for subsequent reactions. CO 2 generated is captured by surface basic sites, resulting in the formation of MgCO 3 . The presence of the generated hydroxyl group enhances the dehydrogenation reaction on the surface, facilitating hydrogen production. The reaction pathway is described as follows. First, spontaneous dissociation of H 2 O occurs when co‐adsorbed with CO on the MgO surface. Then, two hydroxyl groups interact, yielding atomic O for CO oxidization and atomic H for H 2 generation. Ultimately, CO 2 is captured by the surface while H 2 desorbs from the surface. The rate‐limiting step is H 2 generation with an energy barrier of 0.68 eV. The calculation results elucidate the enhancement mechanism of MgO on the SEWGS process.
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