金属掺杂SnO_(2)电化学还原CO_(2)制甲酸的计算研究

CO_(2)电化学还原为甲酸(HCOOH)作为可再生氢的液体载体,有助于可再生能源的转变.本文使用密度泛函理论和微观动力学模拟研究了SnO_(2)电极上CO_(2)高效催化还原为HCOOH的要求.表面羟基化是实现高活性的先决条件,预测的电流密度与实验值的趋势相同.所得到的羟基化表面对HCOOH的产生具有高选择性,析氢反应的贡献可以忽略不计.机理研究结果表明,反应首先将吸附的CO_(2)加氢为羧酸盐(COOH),然后进一步加氢获得所需产物.通过采用常用元素(Bi,Pd,Ni和Cu)对表面进行掺杂,确定Bi掺杂可以显著提高电流密度.根据该机理中的两个关键步骤建立了Br?nsted-Evans-Polanyi关系.总之,羧酸盐的形成是速率控制步骤.将两个质子化步骤的自由能作为两个描述符,分析了CO_(2)还原活性,结果表明Bi掺杂SnO_(2)电极具有最高活性.