Graphene-Supported Tin Single-Atom Catalysts for CO2 Hydrogenation to HCOOH: A Theoretical Investigation of Performance under Different N Coordination Numbers

催化作用 选择性 锡 化学 Atom(片上系统) 密度泛函理论 物理化学 活化能 计算化学 无机化学 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Xiaotao Liang,Qiang Ke,Xiuyun Zhao,Xin Chen
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (6): 4489-4498 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acsanm.2c05581
摘要

The effects of the adjustment of the N coordination number in Sn single-atom catalysts toward the activity and selectivity of CO 2 hydrogenation to HCOOH are systematically explored via density functional theory calculations. The stability of the studied catalysts was evaluated by formation energy calculations, and the calculated results indicated that Sn-N x C 4– x -G ( x = 1–4) are structurally stable. Through the discussion of the reaction mechanism, the optimal path of CO 2 hydrogenation to HCOOH on all the studied catalysts is via CO 2 * + H 2 * → HCOO* + H* → HCOOH*. In addition, they have different speed limit steps. For Sn-N 1 C 3 -G and Sn-N 2 C 2 -G, the rate-determining step of CO 2 to HCOOH is CO 2 * + H 2 * → HCOO* + H*, while the rate-determining step of the other two catalysts is HCOO* + H* → HCOOH*. Meanwhile, the order of catalytic activities of Sn-N x C 4– x -G is determined to be Sn-N 1 C 3 -G > Sn-N 2 C 2 -G > Sn-N 3 C 1 -G > Sn-N 4 -G. Furthermore, the origin of the catalytic activities for HCOOH synthesis on Sn-N x C 4– x -G is revealed through the calculated p-band center. It demonstrated that the p-band center of the Sn atom is a good descriptor to evaluate the catalytic activity for HCOOH synthesis in the Sn-N x C 4– x -G system.
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