CO oxidation on MXene (Mo2CS2) supported single-atom catalyst: A termolecular Eley-Rideal mechanism

催化作用 过渡金属 化学 单层 氮化物 离解(化学) MXenes公司 光化学 金属 从头算 物理化学 计算化学 有机化学 生物化学 图层(电子)
作者
Shamraiz Hussain Talib,Zhansheng Lu,Beenish Bashir,Sajjad Hussain,Khalil Ahmad,Salahuddin Khan,Sajjad Haider,Zongxian Yang,Kersti Hermansson,Jun Li
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier BV]
卷期号:34 (2): 107412-107412 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2022.04.010
摘要

Finding transition metal catalysts for effective catalytic conversion of CO to CO2 has attracted much attention. MXene as a new 2D layered material of early transition metal carbides, nitrides, and carbo-nitrides is a robust support for achoring metal atoms. In this study, the electronic structure, geometries, thermodynamic stability, and catalytic activity of MXene (Mo2CS2) supported single noble metal atoms (NM = Ru, Rh, Pd, Ir, Pt and Au) have been systematically examined using first-principles calculations and ab initio molecular dynamic (AIMD) simulations. First, AIMD simulations and phonon spectra demonstrate the dynamic and thermal stabilities of Mo2CS2 monolayer. Three likely reaction pathways, Langmuir-Hinshelwood (LH), Eley-Rideal (ER), and Termolecular Eley–Rideal (TER) for CO oxidation on the Ru1- and Ir1@Mo2CS2 SACs, have been studied in detail. It is found that CO oxidation mainly proceeds via the TER mechanism under mild reaction conditions. The corresponding rate-determining steps are the dissociation of the intermediate (OCO-Ru1-OCO) and formation of OCO-Ir1-OCO intermediate. The downshift d-band center of Ru1- and Ir1@Mo2CS2 help to enhance activity and improve catalytst stability. Moreover, a microkinetic study predicts a maximum CO oxidation rate of 4.01 × 102 s-1 and 4.15 × 103 s-1 (298.15 K) following the TER pathway for the Ru1- and Ir1@Mo2CS2 catalysts, respectively. This work provides guideline for fabricating and designing highly efficient SACs with superb catalyts using MXene materials.
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