In Situ Active Site for CO Activation in Fe-Catalyzed Fischer–Tropsch Synthesis from Machine Learning

化学 费托法 催化作用 吸附 离解(化学) 活动站点 碳化物 原位 活化能 化学物理 选择性 化学工程 纳米技术 物理化学 有机化学 材料科学 工程类
作者
Qianyu Liu,Cheng Shang,Zhi‐Pan Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (29): 11109-11120 被引量:117
标识
DOI:10.1021/jacs.1c04624
摘要

In situ -formed iron carbides (FeC x ) are the key components responsible for Fischer–Tropsch synthesis (FTS, CO + H 2 → long-chain hydrocarbons) on Fe-based catalysts in industry. The true active site is, however, highly controversial despite more than a century of study, which is largely due to the combined complexity in both FeC x structures and mechanism of CO hydrogenation. Herein powered by machine learning simulation, millions of structure candidates for FeC x bulk and surfaces are explored under FTS conditions, which leads to resolving the active site for CO activation. This is achieved without a priori input from experiment by first constructing the thermodynamics convex hull of bulk phases, followed by identifying the low surface energy surfaces and evaluating the adsorption ability of CO and H, and finally determining the lowest energy reaction pathway of CO activation. Rich information on FeC x structures and CO hydrogenation pathways is gleaned: (i) Fe 5 C 2, Fe 7 C 3, and Fe 2 C are the three stable bulk phases under FTS in producing olefins, where Fe 7 C 3 and Fe 2 C have multiple energetically nearly degenerate bulk crystal phases; (ii) only three low surface energy surfaces of these bulk phases, namely, χ-Fe 5 C 2 (510), χ-Fe 5 C 2 (111), and η-Fe 2 C(111), expose the Fe sites that can adsorb H atoms exothermically, where the surface Fe:C ratio is 2, 1.75, and 2, respectively; (iii) CO activation via direct dissociation can occur at the surface C vacancies (e.g., with a barrier of 1.1 eV) that are created dynamically via hydrogenation. These atomic-level understandings facilitate the building of the structure–activity correlation and designing better FT catalysts.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
张一完成签到,获得积分10
1秒前
2秒前
3秒前
嘻嘻哈哈发布了新的文献求助230
3秒前
神奇一侠完成签到,获得积分10
3秒前
Venus66689发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
刘小谁完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
高高的蜗牛完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
田様的应助被椎夭采纳,获得10
5秒前
6秒前
彭家正完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
哇哈哈哈完成签到,获得积分10
7秒前
Jaaay发布了新的文献求助10
8秒前
Meopass发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
miku1发布了新的文献求助10
10秒前
70000完成签到 ,获得积分10
11秒前
爆米花的应助被婧宸采纳,获得10
12秒前
13秒前
13秒前
华仔的应助被自己采纳,获得10
14秒前
14秒前
念汐发布了新的文献求助10
14秒前
15秒前
李晓楠楠发布了新的文献求助10
16秒前
18秒前
hhh__hhh完成签到,获得积分10
18秒前
Maestro_S的应助被Jaaay采纳,获得30
19秒前
19秒前
xingmoumou发布了新的文献求助10
20秒前
20秒前
酷波er的应助被孙严青采纳,获得10
21秒前
dddyrrrrr完成签到 ,获得积分10
21秒前
魁梧的电脑完成签到,获得积分10
22秒前
搜集达人的应助被罗祁采纳,获得10
22秒前
22秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
RNA结合蛋白调控丝状真菌次级代谢的分子机制及功能研究 2000
拉伸高分子熔体中缠结行为的模拟和小角中子散射研究 1080
Encyclopedia of Modern Artificial Intelligence 1000
Особенности технологий и методов информационно-психологических войн СССР с Великобританией и США в период 1939-1953 гг 1000
Critical Psychology 600
Analyses de reconnaissances de dettes passées devant les échevins d'Ypres (1249-1291) 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8145478
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9544400
关于积分的说明 21662826
捐赠科研通 7731467
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3422691
关于科研通互助平台的介绍 2547774
邀请新用户注册赠送积分活动 2465502