南昌大学冯刚：DFT 对掺杂和氧空位对 CuAl2O4 尖晶石表面 CO 和 CO₂ 吸附的影响的见解
论论资讯 ｜ 2024-04-29 ｜
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Journal of Catalysis
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DFT insights into doping and oxygen vacancy effects on CO and CO₂ adsorptions over CuAl<sub>2</sub>O<sub>4</sub> spinel surfaces
Wu R.; Li L.; Lu Z.; Sun C.; Cheng L.; Ye R.; Zhang R.; Li Q.; Feng G.
Published：2024-06-01
DOI：10.1016/j.jcat.2024.115502
研究背景
在当今社会，环境保护和可持续发展备受关注，然而，化学催化领域中存在一些问题，其中之一是如何提高催化剂的稳定性和抗CO中毒性。这些问题一直困扰着科学家们，因此，一项新的研究涉及到了如何通过掺杂和氧空位效应来改善CO和CO₂在CuAl₂O₄尖晶石表面的吸附行为。
研究内容
这项研究发表在《催化学杂志》上，题为《DFT揭示掺杂和氧空位对CuAl₂O₄尖晶石表面CO和CO₂吸附的影响》。研究采用了密度泛函理论（DFT）结合U方法，探究了CO和CO₂在完美、M-掺杂（Fe、Co和Ni）、以及M-掺杂氧空位缺陷的CuAl₂O₄尖晶石（1 0 0）和（1 1 0）表面的吸附情况。研究发现，在所有M-掺杂表面上，CO在（1 0 0）表面上的吸附强度高于（1 1 0）表面，而CO₂在（1 1 0）表面上的吸附更强。Fe和Ni掺杂表面上观察到CO吸附减弱，表明掺杂在提高抗CO中毒性方面发挥了重要作用。共掺杂通过在CuAl₂O₄（1 1 0）表面上形成类似CO₃的结构促进CO吸附并增强CO氧化。此外，红外光谱模拟显示CO线性吸附、弯曲CO₂-和CO₃-类结构的振动频率分别在2042–2078、1463–1566和1497–1816 cm⁻¹范围内。Ni掺杂表面上的氧空位显著增强了0.6–1.3 eV的CO₂吸附，突显了掺杂和氧缺陷工程在增强CO₂捕获方面的重要性。
研究意义
这项研究揭示了金属掺杂和氧空位对CuAl₂O₄尖晶石催化剂上CO和CO₂吸附的关键影响，为开发具有改善抗CO中毒性和增强CO氧化能力的催化剂提供了新思路。这对于甲醇蒸汽重整过程至关重要，有助于推动环境友好型催化剂的研发。
希望这篇文章能够帮助你更好地了解这一研究领域的进展！
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