CoCu双原子驱动的高效电催化甲烷制甲醇

摘要

采用第一性原理密度泛函理论方法，研究锚定在Mo₂CO₂ MXene基底的双原子催化剂（M₁M₂/Mo₂CO₂,M₁=Fe, Co, Ni;M₂=Co, Ni, Cu）电催化甲烷转化制甲醇的性能。通过形成能和溶解势评估催化剂的稳定性。通过反应自由能探究催化剂的催化活性和选择性。通过电子结构分析解析催化活性的起源。结果表明：M₁M₂/Mo₂CO₂催化剂的形成能为-2.62～-4.44 eV,溶解电位为1.03～1.77 V,表现出优异的热力学和电化学稳定性。其中，CoCu/Mo₂CO₂上的甲烷活化能垒仅为0.05 eV,具有卓越的催化活性。在0.74～1.01 V （参比电极为可逆氢电极）电位窗口内，该催化剂对甲醇的选择性超过99%。催化活性与双金属中心电荷比值(q（M₁）/q（M₂）)呈正相关，CoCu/Mo₂CO₂的高活性源于其q（M₁）/q（M₂）比值0.3接近理论最优值。

关键词

第一性原理 / 甲烷转化甲醇 / 双原子催化剂 / 电催化

基金资助

国家自然科学基金项目(U23B2087); 山东省自然科学基金项目(ZR2022MB094)