MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W4416642087 · doi:10.1021/acscatal.5c05030

Structural Dynamics and Energy Landscape of the Forward and Reverse Water–Gas Shift Catalytic Cycle on Ceria

2025· article· en· W4416642087 sur OpenAlexafffund
Guangming Cai, Ya-Huei Chin

Notice bibliographique

RevueACS Catalysis · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineMaterials Science
ThématiqueCatalytic Processes in Materials Science
Établissements canadiensUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaUniversity of TorontoSuncor Energy Incorporated
Mots-clésKinetic energyCatalysisActivation energyEnergy landscapeOxygenDiffusionCatalytic cycleHeterogeneous catalysisActivation barrier

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The water–gas shift catalytic cycle (CO + H2O ⇄ CO2 + H2), in both the forward (WGS) and reverse (RWGS) directions, is a classical reaction central to fuel and chemical synthesis that interconverts reductant-and-oxidant pairs (red + ox → ox′ + red′), i.e., in WGS, CO (red) to CO2 (ox′) and H2O (ox) to H2 (red′), and in RWGS, H2 (red) to H2O (ox′) and CO2 (ox) to CO (red′). Within this cycle, the energy landscape and kinetic relevance of the steps have not yet been fully established and reconciled, especially on oxide surfaces, simply due to their structural complexities and changing oxygen contents. Here, we establish the mechanistic framework and associated barriers for each step of the cycle, in both directions, on modeled ceria (CeO2) through kinetic interrogations under induction, steady-state, and transient regimes, each providing distinct thermodynamic and kinetic insights into the barriers of individual steps and intraparticle O-atom diffusion between surface and bulk, as the oxygen content in CeO2–x varies (x = 0–0.2) and redistributes. In RWGS, surface O atom abstraction by H2 is the sole kinetically relevant step on partially reduced CeO2–x oxides (x = 0.024–0.038) with a barrier of 180 ± 3 kJ mol–1, determined from steady-state kinetics, whereas surface reoxidation by CO2 at O-vacancies is rapid with an apparent activation energy of 51 ± 1 kJ mol–1 that decreases with increasing O-vacancy formation energy, revealed by transient kinetic studies that decouple this step from the preceding kinetic bottleneck. In WGS, the reverse reaction, both surface O atom abstraction by CO (92 ± 21 kJ mol–1) and surface reoxidation by H2O (89 ± 6 kJ mol–1) are kinetically relevant, derived from steady-state rate measurements. Integrating findings from both reactions, we delineate a unified mechanistic paradigm underpinned by an experimentally determined, thermodynamically consistent energy landscape wherein the observed kinetic constraints for RWGS and WGS depend solely on the direction through which this landscape is traversed. These insights elucidate surface reactions, structural dynamics, and O atom transport underlying water–gas shift reactions on ceria under working conditions, providing a robust foundation for understanding how variations in chemical potential drive changes in oxygen content to enable efficient CO and CO2 conversions.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,028
Score d'incertitude au seuil0,484

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,004
Tête enseignante GPT0,214
Écart entre enseignants0,210 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même revueACS CatalysisMême sujetCatalytic Processes in Materials ScienceTravaux en français237 207