高催化活性M-BHT(M=Co,Cu)电催化还原CO2为CH4的密度泛函理论研究

摘要：

具有独特电子结构和丰富催化位点的二维金属有机框架材料是具有高活性的CO2还原反应的电催化剂.本文基于密度泛函理论(DFT)计算,发现单层Co-BHT(BHT=benzenehexathiol,苯六硫醇)将CO2还原为CH4时具有很高的催化活性.吉布斯自由能变化计算结果表明,在Co-BHT上将CO2还原成CH4的最佳反应路径为CO2→*COOH→*CO→*CHO→*CHOH→*CH→*CH2→*CH3→CH4;整个反应的速度控制步骤为*CO→*CHO;速度控制步骤的吉布斯自由能变化(ΔGL)为0.66 eV,比在二维Cu-C3N4(ΔGL=0.75 eV)和传统的Cu(211)表面(ΔGL=0.74 eV)将CO2还原为CH4的吉布斯自由能变化都小.而在单层Cu-BHT表面的反应路径和速度控制步骤(CO2→*COOH)与Co-BHT均不同,且ΔGL为0.76 eV.与Cu-BHT相比,Co-BHT将CO2还原为CH4的ΔGL更低,这可能归因于Co-BHT的d能带中心高于Cu-BHT,导致Co-BHT与中间体的相互作用更强.

关键词：二氧化碳还原反应、二维电催化剂、密度泛函理论、电催化机理、吉布斯自由能

所属期刊栏目：42

分类号：O641(物理化学（理论化学）、化学物理学)

资助基金：国家自然科学基金;This paper is supported by the National Natural Science Foundation of China

在线出版日期：2021-05-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：1268-1275