掺杂金属的氧结合能：高效加氢脱氧反应的镍基双金属催化剂的捷径,Catalysis Science & Technology

当前位置： X-MOL 学术 › Catal. Sci. Technol. › 论文详情

Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)

掺杂金属的氧结合能：高效加氢脱氧反应的镍基双金属催化剂的捷径
Catalysis Science & Technology ( IF 4.4 ) Pub Date : 2021-4-28 , DOI: 10.1039/d1cy00496d
Lifang Chen _{1,

2,

3,

4,

5} , Wei Liu _{1,

2,

3,

4,

5} , Haisong Feng _{1,

2,

3,

4,

5} , Yingyu Ren _{1,

2,

3,

4,

5} , Chunyuan Chen _{1,

2,

3,

4,

5} , Si Wang _{1,

2,

3,

4,

5} , Pan Yin _{1,

2,

3,

4,

5} , Yusen Yang _{1,

2,

3,

4,

5} , Xin Zhang _{1,

2,

3,

4,

5} , Min Wei _{1,

2,

3,

4,

5}

Affiliation

加氢脱氧（HDO）是C–O键断裂的有效方法之一，在生物质衍生的含氧化合物转化为高附加值化学品和生物燃料方面发挥着至关重要的作用。在本文中，我们基于周期性密度泛函理论（DFT）计算，系统地研究了17种Ni基双金属催化剂上糠醛（FAL）与2-甲基呋喃（2-MF）的HDO反应。镍基伙伴（3d和4d金属）对FAL HDO反应的催化性能具有重要影响，这会改变Ni电子环境并引起双金属d轨道重叠，从而引起吸附构型和反应活性的变化。氧键能（OBE）值与C–OH分裂/ * OH物种加氢的能垒之间的特定相关性表明，OBE是表征双金属催化剂活性的最合适的描述词。由于C–O裂解与* OH物种加氢之间存在竞争关系，因此建立了OBE的折衷方案，以同时促进C–O裂解和加氢活性，其中Ni–M（M = Fe，Co，Mo，或Ru）双金属催化剂显示出突出的催化性能。此外，我们发现该描述符可以扩展到其他双金属催化剂（CoV，CoFe，CuCo）。根据计算预测，我们准备了几种合金（NiCu，NiCo和NiZr）。一系列表征技术（HRTEM，EDS，XPS，H 由于C–O裂解与* OH物种加氢之间存在竞争关系，因此建立了OBE的折衷方案，以同时促进C–O裂解和加氢活性，其中Ni–M（M = Fe，Co，Mo，或Ru）双金属催化剂显示出突出的催化性能。此外，我们发现该描述符可以扩展到其他双金属催化剂（CoV，CoFe，CuCo）。根据计算预测，我们准备了几种合金（NiCu，NiCo和NiZr）。一系列表征技术（HRTEM，EDS，XPS，H 由于C–O裂解与* OH物种加氢之间存在竞争关系，因此建立了OBE的折衷方案，以同时促进C–O裂解和加氢活性，其中Ni–M（M = Fe，Co，Mo，或Ru）双金属催化剂显示出突出的催化性能。此外，我们发现该描述符可以扩展到其他双金属催化剂（CoV，CoFe，CuCo）。根据计算预测，我们准备了几种合金（NiCu，NiCo和NiZr）。一系列表征技术（HRTEM，EDS，XPS，H 我们发现该描述符可以扩展到其他双金属催化剂（CoV，CoFe，CuCo）。根据计算预测，我们准备了几种合金（NiCu，NiCo和NiZr）。一系列表征技术（HRTEM，EDS，XPS，H 我们发现该描述符可以扩展到其他双金属催化剂（CoV，CoFe，CuCo）。根据计算预测，我们准备了几种合金（NiCu，NiCo和NiZr）。一系列表征技术（HRTEM，EDS，XPS，H_2- TPR）表示合金的形成，其催化性能评估证明，OBE值较低（从-4.00至-2.00 eV）的Ni基催化剂（例如NiCo）表现出对FAL HDO至2-MF增强的催化性能。，优于其他值（例如，NiCu：OBE值> -2.00 eV； NiZr：OBE值<-4.00 eV）。这项工作提供了一种可行的策略，可根据电子环境和掺杂金属的化学性质设计用于HDO反应的双金属催化剂。

"点击查看英文标题和摘要"

Oxygen binding energy of doped metal: a shortcut to efficient Ni-based bimetallic catalysts for the hydrodeoxygenation reaction

Hydrodeoxygenation (HDO), one of the effective approaches of C–O bond scission, plays a crucial role in biomass-derived oxygenate conversion to high value-added chemicals and biofuels. Herein, we systematically investigated the HDO reaction of furfural (FAL) to 2-methylfuran (2-MF) over 17 kinds of Ni-based bimetallic catalysts based on periodic density functional theory (DFT) calculations. The Ni-based partner (3d and 4d metals) has an important influence on the catalytic performance toward the FAL HDO reaction, which modifies the Ni electronic environment and induces the bimetal d orbital overlap, giving rise to changes in adsorption configuration and reaction activity. A specific correlation between the oxygen binding energy (OBE) value and energy barrier of C–OH scission/*OH species hydrogenation suggests that OBE serves as the most appropriate descriptor to characterize the activity of bimetallic catalysts. Due to the competitive relationship between C–O scission and *OH species hydrogenation, a trade-off of OBE has been built to promote C–O scission and hydrogenation activity simultaneously, in which Ni–M (M = Fe, Co, Mo, or Ru) bimetallic catalysts show prominent catalytic performance. Besides, we revealed that this descriptor can be extended to other bimetallic catalysts (CoV, CoFe, CuCo). Based on the calculation prediction, we prepared several alloys (NiCu, NiCo and NiZr). A series of characterization techniques (HRTEM, EDS, XPS, H₂-TPR) indicated the formation of the alloys, whose catalytic evaluations verify that Ni-based catalysts (e.g., NiCo) with a compromise OBE value (from −4.00 to −2.00 eV) exhibit enhanced catalytic behavior towards FAL HDO to 2-MF, superior to other ones (e.g., NiCu: OBE value > −2.00 eV; NiZr: OBE value < −4.00 eV). This work offers a feasible strategy to design bimetallic catalysts for the HDO reaction based on the electronic environment and chemical nature of doped metals.

更新日期：2021-05-20

点击分享查看原文

点击收藏

阅读更多本刊最新论文本刊介绍/投稿指南

全部期刊列表>>