НАЗВАНИЕ СТАТЬИ:
Моделирование реакции восстановления $ mathrm{CO_2}$ на одноатомных медно-оловянных сплавах

СПИСОК АВТОРОВ:
Кисленко В.А., Кисленко С.А.

СПИСОК АВТОРОВ (С РАСШИФРОВКОЙ):
Кисленко Виталий Александрович, Кисленко Сергей Александрович

DOI:
https://doi.org/10.33849/2024205

ПОСТУПИЛА В РЕДАКЦИЮ:
11 сентября 2024 г.

ЖУРНАЛ:
Вестник Объединенного института высоких температур

ТОМ:
14

ГОД:
2024

СТРАНИЦЫ:
27-31

РУБРИКА:
Проблемы энергетики

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
реакция восстановления $\mathrm{CO_2}$; DFT; медно-оловянный сплавы

КОДЫ КЛАССИФИКАТОРОВ:
УДК 544.3, 544.4, 544.63

АННОТАЦИЯ:
Электрохимическое восстановление $ mathrm{CO_2}$ является перспективным методом улавливания $ mathrm{CO_2}$ и его преобразования в химические вещества с добавленной стоимостью. Несмотря на то, что катализаторы на основе меди обладают уникальной способностью производить многоуглеродные продукты, они страдают от плохой селективности. Для решения этой проблемы было предложено использование сплавов, в частности, одноатомных медно-оловянных сплавов, демонстрирующих уникальную возможность достичь высокой селективности по СО при очень малой концентрации примесных атомов олова. В этом исследовании с помощью теории функционала плотности в большом каноническом ансамбле мы показали, что введение изолированных атомов Sn вносит эффект дестабилизации для всех интермедиатов реакции восстановления $ mathrm{CO_2}$, значительно снижая энергию десорбции СО, которая является термодинамически наиболее затрудненной. Однако влияние Sn локализовано в его непосредственной близости, что не может объяснить экспериментально наблюдаемую высокую селективность по СО на всей поверхности электрокатализатора. Это несоответствие подчеркивает необходимость пересмотра предложенной структуры поверхности и типа активных центров на медно-оловянных сплавах с низкой концентрацией атомов олова.

TITLE:
Modeling of the $\mathrm{CO_2}$ reduction reaction on single-atom copper-tin alloys

AUTHORS:
Kislenko V.A., Kislenko S.A.

KEYWORDS:
$\mathrm{CO_2}$ reduction reaction; DFT; copper-tin alloys

ABSTRACT:
Electrochemical reduction of $\mathrm{CO_2}$ is a promising process for capturing $\mathrm{CO_2}$ and converting it into value-added chemicals. Although copper-based catalysts have a unique ability to produce multi-carbon products, they suffer from poor selectivity. To address this issue, alloys have been proposed, in particular single-atom copper-tin alloys, which demonstrate a unique ability to achieve high CO selectivity at very low concentrations of impurity tin atoms. In this study, using grand canonical ensemble density functional theory, we showed that the introduction of atomically separated Sn atoms introduces a destabilizing effect for all intermediates of the $\mathrm{CO_2}$ reduction reaction, significantly reducing the energy of CO desorption, which is thermodynamically the most sluggish. However, the effect of Sn is localized in its vicinity only, which cannot explain the experimentally observed high CO selectivity over the entire surface of the electrocatalyst. This discrepancy highlights the need to reconsider the proposed surface structure and type of active sites on copper-tin alloys with low tin atom concentrations.