Graphite-supported single copper catalyst for electrochemical CO2 reduction: A first-principles approach

化学 催化作用 电化学 铜 氢 Atom(片上系统) 电极 无机化学 光化学 物理化学 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Chang-Mi Lee,Thillai Govindaraja Senthamaraikannan,Dong Yun Shin,Jeong An Kwon,Dong‐Hee Lim
出处
期刊:Computational and Theoretical Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:1201: 113277-113277 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.comptc.2021.113277
摘要

First-principles study explores the catalytic performance of the Cu(1 1 1) and Cu/G catalysts for the electrochemical CO2 reduction using computational hydrogen electrode model. Two different pathways, determined based on the initially generated intermediates (COOH* and HCOO*), as well as successive intermediates and the end products, were investigated. Although the two catalysts promote both pathways, Cu(1 1 1) surface favors “COOH pathway” and Cu/G catalyst strongly promotes the “HCOO pathway” with an free energy barrier of 0.83 eV (CO* → CHO*) and 0.87 eV (HCOO* → H2COO*). Electronic properties and binding nature of the final intermediate (CH3O*) on both catalysts sheds light on the fundamental reason for the selective end products (CH4 on the Cu(1 1 1) surface and CH3OH on the Cu/G catalyst). CH3OH is predominantly produced with the Cu/G catalyst because the CO bond of CH3O* is stronger than the bond between the single Cu atom and O of CH3O*, given that the energy of the d-band center of the single Cu atom is relatively highly negative. The current study explores the different electrochemical reduction pathways on the Cu(1 1 1) and Cu/G catalyst, providing insight for the design of highly efficient catalysts that afford selective end products.

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