Support Effect in Oxide Catalysis: Methanol Oxidation on Vanadia/Ceria

化学 催化作用 脱氢 解吸 甲醇 吸附 无机化学 氧化还原 密度泛函理论 甲醛 氧化物 物理化学 氧化钒 结晶学 计算化学 有机化学
作者
Thomas Kropp,Joachim Paier,Joachim Sauer
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:136 (41): 14616-14625 被引量:99
标识
DOI:10.1021/ja508657c
摘要

Density functional theory is used for periodic models of monomeric vanadia species deposited on the CeO2(111) surface to study dissociative adsorption of methanol and its subsequent dehydrogenation to formaldehyde. Dispersion-corrected PBE+U calculations are performed and compared with HSE and B3LYP results. Dissociative adsorption of methanol at different sites on VO2·CeO2(111) is highly exothermic with adsorption energies of 1.8 to 1.9 eV (HSE+D). Two relevant pathways for desorption of formaldehyde are found with intrinsic barriers for the redox step of 1.0 and 1.4 eV (HSE+D). The calculated desorption temperatures (370 and 495 K) explain the peaks observed in temperature-programmed desorption experiments. Different sites of the supported catalyst system are involved in the two pathways: (i) methanol can chemisorb on the CeO2 surface filling a so-called pseudovacancy and the H atom is transferred to an V-O-Ce interphase bond or (ii) CH3OH may chemisorb at the V-O-Ce interphase bond and form a V-OCH3 species from which H is transferred to the ceria surface, providing evidence for true cooperativity. In both cases, ceria is directly involved in the redox process, as two electrons are accommodated in Ce f states forming two Ce(3+) ions whereas vanadium remains fully oxidized (V(5+)).
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