Tunable Reactivity of MNi12 (M = Fe, Co, Cu, Zn) Nanoparticles Supported on Graphitic Carbon Nitride in Methanation

Mengru HAN Yanan ZHOU Xuan ZHOU Wei CHU

Citation:  HAN Mengru, ZHOU Yanan, ZHOU Xuan, CHU Wei. Tunable Reactivity of MNi12 (M = Fe, Co, Cu, Zn) Nanoparticles Supported on Graphitic Carbon Nitride in Methanation[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2019, 35(8): 850-857. doi: 10.3866/PKU.WHXB201811040 shu

通过g-C3N4担载MNi12 (Fe, Co, Cu, Zn)纳米团簇调节甲烷化

    通讯作者: 储伟, chuwei1965@scu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 21476145

    国家自然科学基金(21476145)资助项目

摘要: 新型二维材料g-C3N4由于其独特的电子结构和优异的化学性能受到了极大关注。根据金属载体间的相互作用以及合金的协同效应,本文应用密度泛函理论,对核壳结构MNi12 (Fe, Co, Cu, Zn)纳米团簇与载体g-C3N4的相互作用进行研究,并通过其对CO的吸附能研究新型催化剂的反应性能。结果表明d层电子越少的“核”原子与“壳”原子Ni的相互作用更强;当MNi12负载在g-C3N4上时,-9.40 eV到-8.39 eV之间的结合能说明MNi12可以很好的稳定在g-C3N4上;最后,通过MNi12以及MNi12/g-C3N4对CO的吸附行为发现,g-C3N4的引入导致CO的吸附能和C―O键长减小。根据电荷分析以及静电势(ESP)分析,发现其原因是因为g-C3N4担载以后,CO从MNi12获得的电子数更少。通过本次理论计算,可以得出结论:g-C3N4担载MNi12(Fe, Co, Cu, Zn)的新型催化剂不仅可以呈现高稳定性,还可以调变反应性能。

English

    1. [1]

      Shakun, J. D.; Clark, P. U.; He, F.; Marcott, S. A.; Mix, A. C.; Liu, Z.; Ottobliesner, B. L.; Schmittner, A.; Bard, E. Nature 2012, 484, 49. doi: 10.1038/nature10915

    2. [2]

      Hansen, J.; Sato, M.; Ruedy, R.; Lo, K.; Lea, D. W.; Medinaelizade, M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 14288. doi: 10.1073/pnas.0606291103

    3. [3]

      Younas, M.; Sohail, M.; Leong, L. K.; Bashir, M. J.; Sumathi, S. Int. J. Environ. Sci. Technol. 2016, 13, 1839. doi: 10.1007/s13762-016-1008-1

    4. [4]

      Izquierdo, M. T.; Gasquet, V.; Sansom, E.; Ojeda, M.; Garcia, S.; Maroto-Valer, M. M. Fuel 2018, 230, 45. doi: 10.1016/j.fuel.2018.05.041

    5. [5]

      Uytdenhouwen, Y.; Alphen, S. V.; Michielsen, I.; Meynen, V.; Cool, P.; Bogaerts, A. Chem. Eng. J. 2018, 348, 557. doi: 10.1016/j.cej.2018.04.210

    6. [6]

      Rönsch, S.; Schneider, J.; Matthischke, S.; Schlüter, M.; Götz, M.; Lefebvre, J.; Prabhakaran, P.; Bajohr, S. Fuel 2016, 166, 276. doi: 10.1016/j.fuel.2015.10.111

    7. [7]

      Zheng, J.; Wang, C.; Chu, W.; Zhou, Y.; Köhler, K. Chemistryselect 2016, 1, 3197. doi: 10.1002/slct.201600651

    8. [8]

      Feng, Y.; Yang, W.; Chu, W. Int. J. Hydrog. Energy 2015, 2015, 1. doi: 10.1155/2015/795386.

    9. [9]

      Martin, N. M.; Hemmingsson, F.; Wang, X.; Merte, L. R.; Hejral, U.; Johan, G.; Skoglundh, M.; Meira, D. M.; Dippel, A.; Gutowski, O. Catal. Sci. Technol. 2018, 8, 2686. doi: 10.1039/C8CY00516H

    10. [10]

      Schoder, M.; Armbruster, U.; Martin, A. Chem. Ing. Tech. 2013, 85, 344. doi: 10.1002/cite.201200112

    11. [11]

      Gao, J.; Liu, Q.; Gu, F.; Liu, B.; Zhong, Z.; Su, F. RSC Adv. 2015, 5, 22759. doi: 10.1039/C4RA16114A

    12. [12]

      Wang, Y.; Arandiyan, H.; Scott, J.; Dai, H.; Amal, R. Adv. Sustainable Syst. 2018, 2, 1700119. doi: 10.1002/adsu.201700119

    13. [13]

      Wang, W.; Chu, W.; Wang, N.; Yang, W.; Jiang, C. Int. J. Hydrog. Energy 2016, 41, 967. doi: 10.1016/j.ijhydene.2015.11.133

    14. [14]

      Liu, J.; Li, C.; Wang, F.; He, S.; Chen, H.; Zhao, Y.; Wei, M.; Evans, D. G.; Duan, X. Catal. Sci. Technol. 2013, 3, 2627. doi: 10.1039/C3CY00355H

    15. [15]

      Wang, W.; Li, X.; Zhang, Y.; Zhang, R.; Ge, H.; Bi, J.; Tang, M. Catal. Sci. Technol. 2017, 7, 4413. doi: 10.1039/C7CY01119A

    16. [16]

      Navalon, S.; Dhakshinamoorthy, A.; Alvaro, M.; Garcia, H. Coord. Chem. Rev. 2015, 312, 99. doi: 10.1016/j.ccr.2015.12.005

    17. [17]

      Baker, R. T. K.; Tauster, S. J.; Dumesic, J. A. Acc. Chem. Res. 1986, 20, 389. doi: 10.1021/ar00143a001

    18. [18]

      Bonaccorso, F.; Colombo, L.; Yu, G.; Stoller, M.; Tozzini, V.; Ferrari, A. C.; Ruoff, R. S.; Pellegrini, V. Science 2015, 347, 1246501. doi: 10.1126/science.1246501

    19. [19]

      Punetha, V. D.; Rana, S.; Yoo, H. J.; Chaurasia, A.; McLeskey, J. T., Jr.; Ramasamy, M. S.; Sahoo, N. G.; Cho, J. W. Prog. Polym. Sci. 2017, 67, 1. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2016.12.010

    20. [20]

      Zhao, Z.; Sun, Y.; Dong, F. Nanoscale 2014, 7, 15. doi: 10.1039/C4NR03008G

    21. [21]

      Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183. doi: 10.1038/nmat1849

    22. [22]

      Golberg, D.; Bando, Y.; Huang, Y.; Terao, T.; Mitome, M.; Tang, C.; Zhi, C. ACS Nano 2010, 4, 2979. doi: 10.1021/nn1006495

    23. [23]

      Li, P.; Wang, F.; Wei, S.; Li, X.; Zhou, Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19, 4405. doi: 10.1039/C6CP08409E

    24. [24]

      Liu, Y.; Yang, S.; Yin, S. N.; Feng, L.; Zang, Y.; Xue, H. Chem. Eng. J. 2017, 334, 2401. doi: 10.1016/j.cej.2017.12.016

    25. [25]

      Arandiyan, H.; Yuan, W.; Scott, J.; Mesgari, S.; Dai, H.; Amal, R. ACS Appl. Mater. Inter. 2018, 10, 16352. doi: 10.1021/acsami.8b00889

    26. [26]

      Liu, D.; Li, Y.; Kottwitz, M.; Yan, B.; Yao, S.; Gamalski, A.; Grolimund, D.; Safonova, O. V.; Nachtegaal, M.; Chen, J. G. ACS Catal. 2018, 8, 4120. doi: 10.1021/acscatal.8b00706

    27. [27]

      Liu, Q.; Wang, S.; Zhao, G.; Yang, H.; Yuan, M.; An, X.; Zhou, H.; Qiao, Y.; Tian, Y. Int. J. Hydrog. Energy 2018, 43, 239. doi: 10.1016/j.ijhydene.2017.11.052

    28. [28]

      Yang, Z.; Wang, Q.; Shan, X.; Li, W.; Chen, G.; Zhu, H. J. Chem. Phys. 2015, 142, 346. doi: 10.1063/1.4907897

    29. [29]

      Feng, J. J.; Chen, L. X.; Song, P.; Wu, X. L.; Wang, A. J.; Yuan, J. Int. J. Hydrog. Energy 2016, 41, 8839. doi: 10.1016/j.ijhydene.2016.03.108

    30. [30]

      Norskov, J. K.; Bligaard, T.; Rossmeisl, J.; Christensen, C. H. Nat. Chem. 2009, 1, 37. doi: 10.1038/nchem.121

    31. [31]

      Peterson, A. A.; Nørskov, J. K. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 251. doi: 10.1021/jz201461p

    32. [32]

      Delley, B. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7756. doi: 10.1063/1.1316015

    33. [33]

      Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865. doi: 10.1103/physrevlett.77.3865

    34. [34]

      Grimme, S. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1787. doi: 10.1002/jcc.20495

    35. [35]

      Delley, B. Phys. Rev. B: Condens. Matter 2002, 66, 155125. doi: 10.1103/physrevb.66.155125

    36. [36]

      Elsasser, C.; Fahnle, M.; Brandt, E. H.; Bohm, M. C. J. Phys. F-Metal. Phys. 1987, 17, 301. doi: 10.1088/0305-4608/17/11/006

    37. [37]

      Sun, S.; Geng, Y.; Li, T.; Chen, S.; Yan, Y.; Hu, S. Corros. Sci. 2012, 63, 140. doi: 10.1016/j.corsci.2012.05.024

    38. [38]

      Kroke, E.; Schwarz, M.; Horathbordon, E.; Kroll, P.; Noll, B.; Norman, A. D. New J. Chem. 2002, 26, 508. doi: 10.1039/b111062b

    39. [39]

      Zhu, B.; Zhang, J.; Jiang, C.; Cheng, B.; Yu, J. Appl. Catal. B 2017, 207, 27. doi: 10.1016/j.apcatb.2017.02.020

    40. [40]

      Cui, J.; Liang, S.; Wang, X.; Zhang, J. Mater. Chem. Phys. 2015, 161, 194. doi: 10.1016/j.matchemphys.2015.05.036

    41. [41]

      Bojdys, M. J.; Muller, J.; Antonietti, M.; Thomas, A. Chem. Eur. J. 2008, 14, 8177. doi: 10.1002/chem.200800190

    42. [42]

      Aspera, S. M. E.; David, M.; Kasai, H. Jpn. J. Appl. Phys. 2010, 49, 721. doi: 10.1143/jjap.49.115703

    43. [43]

      Ghosh, D.; Periyasamy, G.; Pandey, B.; Pati, S. K. J. Mater. Chem. C 2014, 2, 7943. doi: 10.1039/C4TC01385A

    44. [44]

      Abdullahi, Y. Z.; Yoon, T. L.; Halim, M. M.; Hashim, M. R.; Jafri, M. Z. M.; Leng, L. T. Curr. Appl. Phys. 2016, 16, 809. doi: 10.1016/j.cap.2016.04.019

    45. [45]

      Gao, G.; Jiao, Y.; Waclawik, E. R.; Du, A. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 6292. doi: 10.1021/jacs.6b02692

    46. [46]

      He, F.; Li, K.; Yin, C.; Wang, Y.; Tang, H.; Wu, Z. Carbon 2016, 114, 619. doi: 10.1016/j.carbon.2016.12.061

    47. [47]

      左会文, 陆春海, 任玉荣, 李奕, 章永凡, 陈文凯.物理化学学报, 2016, 32, 1183. doi: 10.3866/PKU.WHXB201603032Zuo, H. W.; Lu, C. H.; Ren, Y. R.; Li, Y.; Zhang, Y. F.; Chen, W. K. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 1183. doi: 10.3866/PKU.WHXB201603032

    48. [48]

      Zhu, B.; Zhang, L. M.; Xu, D.; Cheng, B.; Yu, J. J. CO2 Util. 2017, 21, 327. doi: 10.1016/j.jcou.2017.07.021

    49. [49]

      Ma, X.; Li, X.; Li, M.; Ma, X.; Yu, L.; Dai, Y. Appl. Surf. Sci. 2017, 414, 124. doi: 10.1016/j.apsusc.2017.04.019

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  20
  • 文章访问数:  325
  • HTML全文浏览量:  59
文章相关
  • 发布日期:  2019-08-15
  • 收稿日期:  2018-11-28
  • 接受日期:  2019-01-11
  • 修回日期:  2018-01-11
  • 网络出版日期:  2019-08-16
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章