锐钛矿 TiO2 不同晶面对 CO2 吸附与转化的催化活性依赖关系
材料科学
2020-08-07 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
理解 CO2 与 H2O 在 TiO2 表面的原子尺度相互作用机制，对于建立催化效率与其暴露晶面之间的关联至关重要。在此，借助三态模型、微动弹性带模拟和 DFT 计算，我们考察了这些分子在锐钛矿 TiO2 的 (001)（含 (1×4) 重构）、(010) 和 (101) 晶面上吸附、共吸附和转化过程中的化学重构，并由此评估了分步选择性反应活性顺序。此外，结果揭示了反应机制中未被探索的非平凡性。对于最稳定的 (101) 晶面，我们表明不利碳酸盐络合物形成在有水存在时通过使反应由吸热转为放热而变得有利。进一步，我们发现小结合能未必意味着物理吸附，它也可引起化学吸附，其中由排斥性 Hartree 和 Madelung 相互作用导致的能量损失与通过化学键获得的能量相当。这一情形在 CO2 于 (010) 和 (101) 晶面上的吸附中得以展示。尽管 (001) 仍是最具反应活性的表面，但若其发生重构（在超高真空和高温下发生），活性位点数量将减少四分之三。
引用
@article{arxiv.2007.13075,
title = {Facet Dependent Catalytic Activities of Anatase TiO$_2$ for CO$_2$ Adsorption and Conversion},
author = {Shashi B. Mishra and B. R. K. Nanda},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.13075},
year = {2020}
}
备注
33 pages, 11 figures