Pd/Pt embedded CN monolayers as efficient catalysts for CO oxidation

文献情報

出版日 2019-10-23
DOI 10.1039/C9CP04636D
インパクトファクター 3.676
著者

Yong-Chao Rao, Xiang-Mei Duan


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要旨

Single atom catalysts (SACs) based on 2D materials have been identified to be efficient in many catalytic reactions. In this work, the catalytic performance of Pd/Pt embedded planar carbon nitride (CN) for CO oxidation has been investigated via spin-polarized density functional theory calculations. We find that Pd/Pt can be firmly anchored in the porous CN monolayer due to the strong hybridization between Pd/Pt-d orbitals and adjacent N-2p orbitals. The resulting high adsorption energy and large diffusion barrier of Pd/Pt ensures the remarkable stability of the catalyst Pd/Pt@CN during the CO oxidation reaction. The three distinct CO reaction mechanisms, namely, Eley–Rideal (ER), Langmuir–Hinshelwood (LH), and tri-molecular Eley–Rideal (TER), are taken into consideration comparatively. Intriguingly, the oxidation reaction on Pd@CN prefers to proceed through the less common TER mechanism, where two CO molecules and one O2 molecule need to cross a small reaction barrier of 0.48 eV, and finally dissociate into two CO2 molecules. However, the LH mechanism is the most relevant one on Pt@CN with a rate-limiting reaction barrier of 0.68 eV. Moreover, the origin of the SAC’s reactivity enhancement is the electronic “acceptance–donation” interaction caused by orbital hybridization between Pd/Pt and preadsorbed O2/CO. Our findings are expected to widen the catalytic application of carbon-based 2D materials.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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年間論文数: 3036

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