Mechanistic Insights Into Selective Hydrogenation of Naphthalene on NiMo Alloys: A DFT‐Based Study for Catalytic Optimization

催化作用 四氢萘 密度泛函理论 吸附 过渡金属 结合能 分子 反应速率常数 选择性 物理化学 材料科学 金属 化学 光化学 计算化学 有机化学 动力学 物理 核物理学 量子力学
作者
Yanfu Tong,Xuejin Li,Xiaoning Wang,Lianming Zhao,Pengyun Liu,Peng Bai,Wei Xing,Zifeng Yan
出处
期刊:ChemistrySelect [Wiley]
卷期号:10 (28)
标识
DOI:10.1002/slct.202503003
摘要

Abstract The selective hydrogenation of naphthalene to tetralin (TL) represents a pivotal process in petroleum refining. However, achieving high activity while mitigating excessive hydrogenation presents a considerable challenge. In this study, density functional theory (DFT) is used to systematically evaluate the catalytic performance of nickel–molybdenum (NiMo) alloys with varying stoichiometric ratios. By establishing a thermodynamic stability criterion, the hydrogenation pathway on the surface of the catalyst is elucidated. Mechanistic analysis reveals that Mo doping enhances catalytic efficacy through dual electronic modulation: 1) a downshifted Ni d‐band center facilitates hydrogen desorption, and 2) intensified π‐d orbital interactions between naphthalene molecules and metallic surfaces promote its activation. The Ni 3 Mo 2 catalyst, recognized as the most effective, exhibits superior hydrogenation activity, with a rate constant of 1.76 × 10 6 s −1 , and high TL selectivity, indicated by an adsorption energy difference of 1.03 eV between naphthalene and TL. These values markedly exceed those of pure Ni (rate constant: 4.15 × 10 4 s −1 ; adsorption energy difference: 0.62 eV). These findings establish key theoretical foundations for designing efficient transition metal catalysts and understanding of aromatic hydrogenation mechanisms, thereby providing guidance for the development of industrial catalysts.
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