On the mechanism of alkyne hydrogenation catalyzed by Ga-doped ceria

掺杂剂 异构化 化学 催化作用 化学吸附 密度泛函理论 兴奋剂 炔烃 氢化物 物理化学 光化学 无机化学 计算化学 材料科学 有机化学 光电子学
作者
Shulan Zhou,Liye Gao,Fenfei Wei,Sen Lin,Hua Guo
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:375: 410-418 被引量:49
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2019.06.032
摘要

The hydrogenation of acetylene by Ga-doped ceria is investigated using density functional theory (DFT). Different from a previously proposed mechanism that contains an unattainable barrier, our models are based on two Ga-doped ceria surfaces with oxygen vacancies, representing respectively low and high Ga dopant concentrations. The doping of Ga is shown to promote the formation of surface oxygen vacancies, which create a template containing frustrated Lewis pairs to facilitate heterolytic H2 dissociative chemisorption. This mechanism is similar in spirit to our recently proposed mechanism for bare and Ni-doped CeO2 catalysts (J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 12964–12973) and calls for the formation of GaH hydride species along with OH ones on the ceria surface. The former has recently been experimentally observed, thus providing strong support for this mechanism. The rate-limiting step in doped CeO2(1 1 1) with low Ga concentrations has a barrier that is 0.18 eV for the Ga/O FLP and 0.05 eV for the Ce/O FLP higher than that of undoped CeO2(1 1 1), while that for high Ga concentrations is 0.21 eV lower, consistent with the experimental observed concentration dependence of catalytic activity. However, different from the Ni dopant, which was found to be a promoter, the Ga dopant is not only a promoter but also an active participant in the catalysis.
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