基于镍的单原子合金上的热催化CO2分解：第一性原理研究

《Journal of Materials Chemistry A》：Thermocatalytic CO2 dissociation over Ni-based single atom alloys: a first-principles investigation

CO2催化分解研究显示，钒掺杂镍基单原子合金可降低CO2解离反应势垒约60%，电子结构分析揭示了掺杂优化机理，为高效热催化技术提供理论支撑。

　　

减少二氧化碳（CO₂）排放对于推进可持续气候战略至关重要，而将二氧化碳转化为高附加值燃料和化学品是一种有前景的方法。同时，高温热催化途径（如二氧化碳分解）对于甲烷干重整（DRM）等过程同样不可或缺。然而，其效率取决于高性能催化剂的设计，这突显了掺杂剂引入和表面工程的重要性。在这项研究中，采用了密度泛函理论计算方法来研究在掺杂了多种元素（Sc至Zn的3d金属、Al、Pt、Pd、Rh和Ru）的镍基单原子合金（SAAs）上二氧化碳分解的途径和活化能。系统地研究了中间体的吸附行为，结果表明，CO和O物种分别更倾向于在原始和掺杂的Ni(111)表面的六方密排和面心立方空位上吸附。此外，还使用攀移图像微调弹性带方法和改进的二聚体方法进行了过渡态和活化能的计算。研究结果表明，钒（V）是一种特别有效的掺杂剂，能够显著提高催化性能。具体来说，与未掺杂的Ni(111)表面相比，钒掺杂使反应能垒降低了约60%，这表明钒具有显著提高二氧化碳热催化分解效率的潜力。进一步的电子结构分析揭示了这些增强效果背后的机制，为掺杂剂性质与催化性能之间的相互作用提供了见解。这些发现表明，钒掺杂的Ni(111)单原子合金是可扩展的二氧化碳还原技术的有希望的候选材料，为温室气体减排和可持续碳管理提供了一种有效的方法。