Active Site Engineering via Optimizing the Heterogeneous Support Structure for Single-Atom Catalysis
Active Site Engineering via Optimizing the Heterogeneous Support Structure for Single-Atom Catalysis
复制标题
通过优化单原子催化的多相支撑结构进行活性位点工程
DOI：
10.1021/acs.jpcc.3c03915
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Skodje, Rex T.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
An, Suming;Patel, Prajay;Liu, Cong;Skodje, Rex T.
负载型单原子催化剂表现出很大范围的活性和选择性，这取决于催化中心的局部环境。提出了一种基于理论的优化策略，该策略基于密度泛函理论确定过渡态和中间体，以低维坐标表示活性中心的异质性。该方法被应用于非晶态二氧化硅载体上的钒催化剂，该载体涉及一个用全化学模型描述的大的动力学网络。在不假定优先标度关系或机制简化的情况下，发现非均质的最佳状态位于两个不同关键化学过程的活化能相等的原子构型处。结果表明，在随机性参数中，系统的行为符合线性自由能标度关系。能量跨度理论被证明在将整个化学模型简化为少量关键反应方面非常有用。将非线性优化算法与能量广度理论相结合，大大简化了无序系统的处理。
Supported single-atom catalysts show a large range of activities and selectivities that depend on the local environment of the catalytic sites. A theory-based optimization strategy is presented that is based on a density functional theory determination of the transition states and intermediates for a low-dimensional coordinate representation of the heterogeneity of the active sites. The approach is applied to a vanadium catalyst on an amorphous SiO2support that involves a large kinetic network described using a full chemistry model. Without assuminga prioriscaling relations or mechanism reduction, the optimal state of heterogeneity is found to lie at atomic configurations where the activation energies for two distinct key chemical processes are equal. It is founda posteriorithat the behavior of the system is consistent with linear free energy scaling relations in the randomness parameters. The energetic span theory proves quite useful in reducing the full chemistry model to a small number of key reactions. The use of a nonlinear optimization algorithm in combination with energetic span theory provides significant simplification in treating disordered systems.
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