Metadynamics-Biased ab Initio Molecular Dynamics Study of Heterogeneous CO<sub>2</sub> Reduction via Surface Frustrated Lewis Pairs
Notice bibliographique
Résumé
The recent discovery of frustrated Lewis pairs (FLPs) capable of heterolytically splitting hydrogen gas at the surface of hydroxylated indium oxide (In 2 O 3– x (OH) y ) nanoparticles has led to interesting implications for heterogeneous catalytic reduction of CO 2 . Although the role of surface FLPs in the reverse water-gas shift (RWGS) reaction (CO 2 + H 2 → CO + H 2 O) has been experimentally and theoretically demonstrated, the interplay between surface FLPs and temperature and their consequences for the reaction mechanism have yet to be understood. Here we use well-tempered metadynamics-biased ab initio molecular dynamics to obtain the free energy landscape of the multistep RWGS reaction at finite temperatures. The reaction is simulated at 20 and 180 °C, and the minimum energy reaction pathways and energy barriers corresponding to H 2 dissociation and CO 2 reduction are obtained. The reduction of CO 2 at the surface FLP catalytically active site, where H 2 is heterolytically dissociated and bound, is found to be the rate-limiting step and is mostly unaffected by increased temperature conditions; however, at 180 °C the energetic barriers associated with the splitting of H 2 and the subsequent adsorption of CO 2 are reduced by 0.15 and 0.19 eV, respectively. It is suggested that increased thermal conditions may enhance reactivity by enabling the surface FLP to become further spatially separated. Product H 2 O is found to favor dissociative adsorption over direct desorption from the surface of In 2 O 3– x (OH) y and may therefore impede sustained catalytic activity by blocking surface sites.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».