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valenhou001至尊木蟲 (職業(yè)作家)
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[交流]
CO2電化學(xué)還原反應(yīng)中催化機(jī)制的理論計(jì)算研究
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Highly effective sites and selectivity of nitrogen-doped graphene/CNT catalysts for CO2 electrochemical reduction Guo-Liang Chai^1 and Zheng-Xiao Guo 1. g.chai@fjirsm.ac.cn http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2015/sc/c5sc03695j Metal-free catalysts, such as graphene/carbon nanostructures, are highly cost-effective to replace expensive noble metals for CO2 reduction if fundamental issues, such as active sites and selectivity, are clearly understood. Using both density functional theory (DFT) and ab initio molecular dynamic calculations, we show that the interplay of N-doping and curvature can effectively tune the activity and selectivity of graphene/carbon-nanotube (CNT) catalysts. The CO2 activation barrier can be optimized to 0.58 eV for graphitic-N doped graphene edges, compared with 1.3 eV in the un-doped counterpart. The graphene catalyst without curvature shows strong selectivity for CO/HCOOH production, whereas the (6, 0) CNT with a high degree of curvature is effective for both CH3OH and HCHO production. Curvature is also very influential to tune the overpotential for a given product, e.g. from 1.5 to 0.02 V for CO production and from 1.29 to 0.49 V for CH3OH production. Hence, the graphene/CNT nanostructures offer great scope and flexibility for effective tunning of catalyst efficiency and selectivity, as shown here for CO2 reduction. CO2電化學(xué)還原反應(yīng)的催化機(jī)制理論研究文章，大部分只根據(jù)反應(yīng)中各個(gè)反應(yīng)中間物的吸附能自由能變化來討論可能的反應(yīng)機(jī)制，而忽略了CO2的吸附勢壘，也就是CO2電化學(xué)反應(yīng)的第一步。這篇文章通過Car–Parrinello molecular dynamics并直接考慮水溶液的影響，模擬計(jì)算了CO2的吸附勢壘，根據(jù)吸附勢壘的大小篩選出最可能的吸附位。再進(jìn)一步討論各種反應(yīng)步驟中可能產(chǎn)生的反應(yīng)中間物的自由能從熱力學(xué)上來確定最可能的反應(yīng)步驟，以及最優(yōu)的催化活性點(diǎn)。另外也提出了方法如何進(jìn)一步優(yōu)化催化活性點(diǎn)的活性。并從電子結(jié)構(gòu)上揭示了費(fèi)米能級(jí)附近電子態(tài)與催化活性的關(guān)系。 這篇文章對(duì)做CO2電化學(xué)還原催化理論研究的同學(xué)提供了一個(gè)很好的參考例子。 |
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2016-11-27 19:08:00, 1010.23 K
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2樓2016-11-27 19:29:55
漫天飄雪
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dsctg4樓
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納米材料7536樓
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abinitio31樓
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L239641816632樓
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