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ACS Appl. Nano Mater.：納米氧化銦上單原子鋅催化甲烷和二氧化碳到乙酸的計算化學研究

隨著大氣中二氧化碳濃度的逐年升高，全球氣候變暖和海水酸化愈發(fā)嚴重。因此，二氧化碳的捕獲和利用是重要的課題。同樣，甲烷也是一種溫室氣體。將甲烷和二氧化碳作為原料來合成高附加值的化學品將是降低二氧化碳濃度和利用甲烷的重要途徑。將甲烷和二氧化碳合成乙酸從理論上可以實現(xiàn)100%的原子利用率。當然了，直接將甲烷和二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙酸的反應轉(zhuǎn)化率和選擇性都很低，這主要是由于甲烷和二氧化碳的化學惰性。本文中設計了一種含有氧空位的氧化銦納米的催化劑，負載上單原子鋅來催化該化學反應。

催化劑的結(jié)構(gòu)：

通過計算化學研究催化劑表面甲烷的活化：

態(tài)密度的計算：

計算化學給出的催化劑表面的催化循環(huán)示意圖：

通過理論計算研究表明，利用甲烷和二氧化碳直接合成乙酸的C-C偶聯(lián)反應可以通過氧化銦負載的單原子鋅催化劑來驅(qū)動。Zn-O結(jié)構(gòu)是甲烷活化的催化反應位點，催化劑表面的氧空位有利于活化二氧化碳。催化劑表面的C-C偶聯(lián)反應遵循Langmuir?Hinshelwood 機理。

Computational Study of Zn Single-Atom Catalysts on In2O3 Nanomaterials for Direct Synthesis of Acetic Acid from CH4 and CO2.?ACS Appl. Nano Mater. 2022, 5, 10015?1002

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