Mechanistic Understanding of Hydrocarbon Formation from CO2 Hydrogenation over χ-Fe5C2(111) and the Effect of H2O and Transition Metal Addition

碳氢化合物 化学 密度泛函理论 过渡金属 解吸 选择性 过渡状态 工作(物理) 动力学 反应机理 物理化学 催化作用 计算化学 热力学 吸附 有机化学 物理 量子力学
作者
Mengmeng Zhang,Shuang Wang,Xiaowa Nie,Fanshu Ding,Chunshan Song,Xinwen Guo
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:37 (21): 16842-16855 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.3c03096
摘要

Converting CO 2 into a range of chemicals and fuels is an effective approach to address excessive CO 2 emissions. In this work, density functional theory (DFT) calculations were performed to investigate the reaction mechanism of hydrocarbons formation from CO 2 hydrogenation on the surface of χ-Fe 5 C 2 (111). Optimal energetic pathways, key reaction intermediates (such as CO*, H 2 COH*, and CH 2 *), and rate-liming steps were identified for the production of CH 4 and C 2 H 4 . The calculation results revealed that H 2 O* species formed on the surface of χ-Fe 5 C 2 (111) significantly reduced the barriers of the O–H bond formation step, altering reaction pathways and promoting CO 2 conversion kinetics. Importantly, it was identified that the introduction of a second transition metal, such as Cr, Mn, Pd, or Zn, into χ-Fe 5 C 2 (111) could regulate the surface C/H ratio and product desorption rate, effectively tuning the product selectivity.
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