镍掺杂对Fe催化剂上CO 2 加氢制烃影响的理论计算研究

为研究镍掺杂对铁基催化剂上二氧化碳加氢生成C1和C2烃类产物的影响，应用密度泛函理论进行了相关计算.在Fe（110）和Ni-Fe（110）表面上，CH*物种是最有利的生成CH4和C2H4的C1物种（CHx*），其最可能的生成路径为CO2→ HCOO* → HCO* → CH*.尽管CO2直接解离为CO*在动力学上相较于加氢生成HCOO*和COOH*是较为有利的，但CO*进一步加氢生成HCO*在能量上是不利的，其倾向于逆向解离回到CO*.CH*物种可以通过三步加氢反应生成CH4或者经C—C耦合及两步加氢生成C2H4.在Fe（110）表面上，对甲烷和乙烯产物选择性起决定作用的基元反应能垒之间差异仅为0.10 eV，因此两者选择性相近.在将Ni原子引入Fe（110）表面后，生成甲烷与乙烯的选择性差异变大，导致乙烯的选择性提高.计算结果表明，添加少量金属Ni能够促进CO2转化为CH*，及两个CH*物种发生C—C耦合和进一步加氢转化为乙烯.