非贵金属单原子催化剂Co_(1)/MXene(Mo_(2)CS_(2))的CO氧化反应机理研究

MXene是一类由前过渡态金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成的新型二维材料.我们利用量子化学方法研究了单原子Co在新型二维MXene材料Mo2CS2上的吸附构型、稳定性和催化性质.研究发现Co原子可以稳定锚定在MXene材料的表面,形成的单原子催化剂适合于催化低温CO氧化.计算表明,吸附的CO和O2分子与Co_(1)/Mo_(2)CS_(2)催化剂表面之间的电荷转移在活化这些小分子时起着重要作用.我们研究了Co1/Mo2CS2催化氧化CO的三种机理:Eley-Rideal(ER),Langmuir-Hinshelwood(LH)和Termolecular Eley-Rideal(TER),发现在低温下这三种反应机理都是可行的.其中在Co_(1)/Mo_(2)CS_(2)催化剂上TER机理具有最高的催化活性,计算的决速步能垒分别为0.67(TER),0.78(LH)和0.88 eV(ER).我们的研究结果表明,利用二维材料MXene发展和设计经济的、非贵金属单原子催化剂具有重要应用前景.