Methanol Synthesis from CO2Hydrogenation over a Potassium-Promoted CuxO/Cu(111) (x≤ 2) Model Surface: Rationalizing the Potential of Potassium in Catalysis

催化作用 化学 甲醇 一氧化碳 选择性 无机化学 格式化 密度泛函理论 光化学 计算化学 有机化学
作者
Wenjie Liao,Ping Liu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:10 (10): 5723-5733 被引量:58
标识
DOI:10.1021/acscatal.9b05226
摘要

Alkalis have been reported as a promotor in the heterogeneous catalysis, being able to enhance the activity and selectivity of catalysts. The effective utilization of alkalis in catalyst optimization requires the fundamental understanding of the underlying mechanism. In this work, we take a potassium (K)-modified Cu<sub>x</sub>O/Cu(111) (x ≤ 2) model surface as a case study to rationalize the nature of K during the carbon dioxide hydrogenation using combined density functional theory (DFT) calculation and the kinetic Monte Carlo (KMC) simulation. Our result demonstrates the significant tuning of selectivity from carbon monoxide to methanol on going from Cu(111) to K-modified Cu<sub>x</sub>O/Cu(111). The deposited K<sup>+</sup> stabilizes the Cu<sub>x</sub>O thin film under the reducing condition of carbon dioxide hydrogenation. More importantly, our study reveals that K<sup>+</sup> acts as an active center for selective tuning in the binding, an accelerator for charge transfer, and a mediator for the electron tunneling. As a result, the K-modified Cu<sub>x</sub>O/Cu(111) opens a methanediol [H<sub>2</sub>C(OH)<sub>2</sub>]-mediated formate pathway to facilitate the selective conversion of carbon dioxide to methanol. Our study develops the intrinsic rules of design to tune the catalytic performance using alkali metals.
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