Mechanisms and Energetics of Complete Ethylene Oxidation on a PdAu Bimetallic Catalyst from a Theoretical Perspective
Mechanisms and Energetics of Complete Ethylene Oxidation on a PdAu Bimetallic Catalyst from a Theoretical Perspective
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理论视角下 PdAu 双金属催化剂上乙烯完全氧化的机理和能量
DOI：
10.1021/acs.jpcc.2c01277
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发表时间：
2022-05
影响因子：
3.7
通讯作者：
Haisheng Ren
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yuyue Gao;Xiaoliu Huo;Tao Li;Rongpei Jiang;Quan Zhu;Haisheng Ren
乙烯在低温下的完全催化氧化对于农产品在运输过程中的保存具有重要意义。具有各种钯系的金基催化剂最近在催化氧化方面显示出了良好的前景。在这项工作中，从理论角度系统地研究了具有第二相邻Pd构型的PdAu双金属催化剂上乙烯氧化的催化机理和能量学。研究发现PdAu双金属催化剂可以产生7个乙烯氧化吸附位点。整个反应网络由C-O键形成、C-C键断裂、CO2形成和H2O形成四个过程组成，共涉及21个吸附物种和35个基元反应。在几种可能的含氧化合物中，CH2CO是一种重要的中间体，并且具有最低的C-C键断裂能垒。第二个相邻的 Pd 构型使得 O 在 C-O 键形成中变得活跃。最后，确定乙烯完全氧化的最有利的能量途径为CH2CH2→CH2CH2O(OME)→CH2CHO→CH2CO→CH2→CH→CHO→CO→CO2。总之，PdAu双金属催化剂对乙烯的完全氧化表现出很高的活性。我们希望这项综合工作能够加深对双金属催化剂上碳氢化合物氧化的理解。
The complete catalytic oxidation of ethylene at low temperatures is of great significance for the preservation of agricultural products during transportation. Au-based catalysts with various Pd ensembles have recently shown promise in catalytic oxidation. In this work, the catalytic mechanisms and energetics for ethylene oxidation on a PdAu bimetallic catalyst with a second neighboring Pd configuration were systematically investigated from a theoretical perspective. It is found that the PdAu bimetallic catalyst can produce seven adsorption sites for ethylene oxidation. The entire reaction network consists of four processes: C–O bond formation, C–C bond cleavage, CO2formation, and H2O formation, which involve a total of 21 adsorbed species and 35 elementary reactions. Among the several possible oxygenates, CH2CO is an important intermediate and has the lowest energy barrier of the C–C bond cleavage. The second neighboring Pd configuration makes O active in C–O bond formation. Finally, the most energetically favorable pathway of complete ethylene oxidation was determined as CH2CH2→ CH2CH2O(OME) → CH2CHO → CH2CO → CH2→ CH → CHO → CO → CO2. In all, the PdAu bimetallic catalyst shows high activity for the complete oxidation of ethylene. We hope that this comprehensive work can provide a deeper understanding of the hydrocarbon oxidation on bimetallic catalysts.
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