Single Pd atomic catalyst on Mo2CO2 monolayer (MXene): unusual activity for CO oxidation by trimolecular Eley–Rideal mechanism

文献情報

出版日 2018-01-04
DOI 10.1039/C7CP07161B
インパクトファクター 3.676
著者

Cheng Cheng, Xilin Zhang, Mingyang Wang, Shiyan Wang


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要旨

The geometric stability, electronic structure and catalytic properties of a single Pd atom deposited on a pristine Mo2CO2 monolayer and a defective Mo2CO2 monolayer with an oxygen vacancy (denoted as Pd/OV–Mo2CO2) are systematically investigated through density functional theory. We find that the oxygen vacancy (OV) can stabilize the single Pd atom and make the Pd/OV–Mo2CO2 system an excellent mono-dispersed atomic catalyst. The Pd dopant serves as an active center which makes the intermediates react productively around it. Three reaction mechanisms are considered for CO oxidation to test the catalytic activity of Pd/OV–Mo2CO2, which exhibits high activity for CO oxidation via a tri-molecular Eley–Rideal (TER) mechanism with a rate-limiting energy barrier of 0.49 eV. The pre-adsorbed CO molecules on the Pd dopant could transfer electrons to the O2-2π* orbitals, which would promote O2 molecule activation and induce O–O bond scission. This work demonstrates that the defective monolayer MXene may serve as a promising sort of support to fabricate single atomic catalysts (SACs) for CO oxidation or other reactions, agreeing well with the experimental reports, which opens up a new avenue for the design and fabrication of SACs of MXene-based materials.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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