Mechanistic insights into selective ethylene formation on the χ-Fe5C2 (510) surface

化学 乙烯 密度泛函理论 选择性 碳化物 扩散 催化作用 工作(物理) 物理化学 化学物理 光化学 计算化学 化学工程 热力学 有机化学 工程类 物理
作者
Wenqing Li,Juan Manuel Arce‐Ramos,Michael B. Sullivan,Chee Kok Poh,Luwei Chen,Armando Borgna,Jia Zhang
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:421: 185-193 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2023.03.014
摘要

While iron carbide catalysts are widely used to produce diverse hydrocarbons during Fisher-Tropsch synthesis, the complexity of the catalyst and reaction makes it very challenging to obtain a deep understanding of the chemical process and to further improve the performance. In this work, we propose a novel mechanism through density functional theory simulations for CO-derived surface C hydrogenation to C2H4 involving previously unexplored surface diffusion of partially hydrogenated intermediates (CH, CHCH), which significantly reduces the effective energy barrier (Ea-eff) of CH2CH2 from 2.89 eV to 2.10 eV. The hydrogenation of CH2CH to C2H4 is the key step of the entire process. Studies on the correlation between the average Bader charge of surface Fe and the Ea-eff of CH4 and CH2CH2 formation indicate that an increase in the positive charge of iron can enhance the activity and selectivity (with reference to CH4) of ethylene formation.
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