Effects of surface oxygen vacancy on CO2 adsorption and its activation towards C2H4 using metal (Cu, Pd, CuPd) cluster-loaded TiO2 catalysts: a first principles study

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作者
Sajjad Hussain,Lina Zhang,Zhengzheng Xie,Jianjun Yang,Qiuye Li
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:26 (47): 29328-29338 被引量:5
标识
DOI:10.1039/d4cp03507k
摘要

The conversion of the highly selective CO2 reduction reaction (CO2RR) into desired value-added multicarbon compounds, like C2H4, is crucial, but it is mainly constrained by the high energy barrier for C-C coupling and the multi-electron transfer process. Herein, M/TiO2 and M/TiO2-VO (M = Cu, Pd, CuPd, and VO refers to the surface oxygen vacancy) catalysts were designed to study the CO2RR towards C2H4 by using density functional theory (DFT). We found that the surface oxygen vacancy enhances the adsorption ability of studied catalysts. The CO2 molecule is strongly adsorbed at the metal-surface interfaces of Cu/TiO2-VO, Pd/TiO2-VO and CuPd/TiO2-VO catalysts with adsorption energies of -1.79, -1.75 and -1.71 eV, respectively. Furthermore, the C-C coupling reaction does not occur on the Cu and PdCu cluster sites of the M/TiO2-VO catalysts, indicating the inactivity of these sites for C2 products. However, Pd/TiO2, CuPd/TiO2 and M/TiO2-VO interfaces favor the C-C coupling reaction and therefore have the potential to reduce CO2 to C2 products. Additionally, the Gibbs free energy calculations reveal that the surface oxygen vacancy improves the OCCO hydrogenation to C2H4 at the CuPd/TiO2-VO interface.
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