Identifying an Alternative Hydride Transfer Pathway for CO2 Reduction on CdTe(111) and CuInS2(112) Surfaces

氢化物 化学 吸附 甲酸 选择性 碲化镉光电 光化学 密度泛函理论 甲醇 无机化学 物理化学 计算化学 催化作用 材料科学 纳米技术 有机化学
作者
Lesheng Li,John Mark P. Martirez,Emily A. Carter
出处
期刊:Advanced theory and simulations [Wiley]
卷期号:5 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adts.202100413
摘要

Abstract To ascertain if CdTe(111) and CuInS 2 (112) photoelectrodes exhibit the same carbon dioxide (CO 2 ) reduction mechanism as found for GaP, with adsorbed 2‐pyridinide (2‐PyH –* ) as active intermediate, the feasibility of 2‐PyH –* formation on these surfaces must be assessed. Via density functional theory, we conclude that although thermodynamically possible, 2‐PyH −* formation on CdTe(111) or CuInS 2 (112) is hindered kinetically. A different CO 2 reduction pathway, distinct from GaP's mechanism, must be operative. We predict that surface hydride (H −* ) readily forms on CdTe(111) and CuInS 2 (112) and direct surface hydride transfer (HT) to CO 2 dominates over transfer to adsorbed pyridine (Py * ). Direct HT to CO 2 has a large thermodynamic driving force and zero activation barrier on both surfaces. This reaction becomes slightly more spontaneous with adjacent Py * on both surfaces, rationalizing experiments where Py slightly enhances CO 2 reduction on CdTe and CuInS 2 . We thus conclude, Py is largely a spectator in CO 2 reduction on these electrodes, unlike its key role as hydride shuttle on GaP. HT from H −* to CO 2 also competes effectively with hydrogen evolution on these two surfaces, explaining the observed selectivity for CO 2 reduction over hydrogen evolution. Finally, formic acid readily adsorbs on CuInS 2 (112), which may facilitate the observed methanol formation.

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