Predicting CO2 adsorption and reactivity on transition metal surfaces using popular density functional theory methods

吸附 密度泛函理论 化学 分子 结合能 热力学 工作(物理) 物理化学 相(物质) 反应性(心理学) 金属 计算化学 原子物理学 有机化学 物理 病理 医学 替代医学
作者
Ojus Mohan,Quang Thang Trịnh,Arghya Banerjee,Samir H. Mushrif
出处
期刊:Molecular Simulation [Taylor & Francis]
卷期号:45 (14-15): 1163-1172 被引量:34
标识
DOI:10.1080/08927022.2019.1632448
摘要

In this work, with Ni (110) as a model catalyst surface and CO2 as an adsorbate, a performance study of Density Functional Theory methods (functionals) is performed. CO being a possible intermediate in CO2 conversion reactions, binding energies of both, CO2 and CO, are calculated on the Ni surface and are compared with experimental data. OptPBE-vdW functional correctly predicts CO2 binding energy on Ni (−62 kJ/mol), whereas CO binding energy is correctly predicted by the rPBE-vdW functional (−138 kJ/mol). The difference in computed adsorption energies by different functionals is attributed to the calculation of gas phase CO2. Three alternate reaction systems based on a different number of C=O double bonds present in the gas phase molecule are considered to replace CO2. The error in computed adsorption energy is directly proportional to the number of C=O double bonds present in the gas phase molecule. Additionally, both functionals predict similar carbon–oxygen activation barrier (40 kJ/mol) and equivalent C1s shifts for probe species (−2.6 eV for CCH3 and +1.5 eV CO3−), with respect to adsorbed CO2. Thus, by including a correction factor of 28 kJ/mol for the computed CO2 gas phase energy, we suggest using rPBE-vdW functional to investigate CO2 conversion reactions on different metals.
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