Mechanism of the Surface Hydrogen Induced Conversion of CO2 to Methanol at Cu(111) Step Sites

ACS Catalysis

Volumn 6, Issue 2, 2016, Pages 1037-1044

  Kim, Yeonwoo ^a   Trung, Tran Si Bui ^a   Yang, Sena ^a   Kim, Sehun ^a   Lee, Hangil ^b  

^a Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)   (South Korea)

^b Sookmyung Women's University   (South Korea)

Author keywords

CO2 hydrogenation; Cu(775) surface; dioxymethylene; formate on step; formate transfer; methanol synthesis

Indexed keywords

ABSORPTION SPECTROSCOPY; CATALYST ACTIVITY; CATALYSTS; CHEMICAL ACTIVATION; HYDROGENATION; METHANOL; SYNTHESIS GAS MANUFACTURE;

ACTIVATION MECHANISMS; CONTINUOUS REACTIONS; DIOXYMETHYLENE; FORMATE ON STEP; FORMATE TRANSFER; HETEROGENEOUS CATALYST; INFRARED REFLECTION ABSORPTION SPECTROSCOPY; METHANOL SYNTHESIS;

CARBON DIOXIDE;

EID: 84957561426     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.5b02083     Document Type: Article

References (71)

1. Behrens, M.; Studt, F.; Kasatkin, I.; Kuhl, S.; Havecker, M.; Abild-Pedersen, F.; Zander, S.; Girgsdies, F.; Kurr, P.; Kniep, B. L.; Tovar, M.; Fischer, R. W.; Norskov, J. K.; Schlogl, R. Science 2012, 336, 893-897 10.1126/science.1219831
2. Graciani, J.; Mudiyanselage, K.; Xu, F.; Baber, A. E.; Evans, J.; Senanayake, S. D.; Stacchiola, D. J.; Liu, P.; Hrbek, J.; Sanz, J. F.; Rodriguez, J. A. Science 2014, 345, 546-550 10.1126/science.1253057
3. Frost, J. C. Nature 1988, 334, 577-580 10.1038/334577a0
4. Chinchen, G. C.; Denny, P. J.; Parker, D. G.; Spencer, M. S.; Whan, D. A. Appl. Catal. 1987, 30, 333-338 10.1016/S0166-9834(00)84123-8
5. Kuld, S.; Conradsen, C.; Moses, P. G.; Chorkendorff, I.; Sehested, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 5941-5945 10.1002/anie.201311073
6. Hansen, P. L.; Wagner, J. B.; Helveg, S.; Rostrup-Nielsen, J. R.; Clausen, B. S.; Topsoe, H. Science 2002, 295, 2053-2055 10.1126/science.1069325
7. Ratnasamy, C.; Wagner, J. P. Catal. Rev.: Sci. Eng. 2009, 51, 325-440 10.1080/01614940903048661
8. Gokhale, A. A.; Dumesic, J. A.; Mavrikakis, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1402-1414 10.1021/ja0768237
9. Mudiyanselage, K.; Senanayake, S. D.; Feria, L.; Kundu, S.; Baber, A. E.; Graciani, J.; Vidal, A. B.; Agnoli, S.; Evans, J.; Chang, R.; Axnanda, S.; Liu, Z.; Sanz, J. F.; Liu, P.; Rodriguez, J. A.; Stacchiola, D. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 5101-5105 10.1002/anie.201210077
10. Rameshan, C.; Stadlmayr, W.; Penner, S.; Lorenz, H.; Memmel, N.; Hävecker, M.; Blume, R.; Teschner, D.; Rocha, T.; Zemlyanov, D.; Knop-Gericke, A.; Schlögl, R.; Klötzer, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 3002-3006 10.1002/anie.201106591
11. Kniep, B. L.; Ressler, T.; Rabis, A.; Girgsdies, F.; Baenitz, M.; Steglich, F.; Schlögl, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 112-115 10.1002/anie.200352148
12. Peppley, B. A.; Amphlett, J. C.; Kearns, L. M.; Mann, R. F. Appl. Catal., A 1999, 179, 21-29 10.1016/S0926-860X(98)00298-1
13. Wang, W.; Wang, S.; Ma, X.; Gong, J. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3703-3727 10.1039/c1cs15008a
14. Fujitani, T.; Nakamura, I.; Uchijima, T.; Nakamura, J. Surf. Sci. 1997, 383, 285-298 10.1016/S0039-6028(97)00192-1
15. Fujitani, T.; Nakamura, I.; Ueno, S.; Uchijima, T.; Nakamura, J. Appl. Surf. Sci. 1997, 121-122, 583-586 10.1016/S0169-4332(97)00372-3
16. Liao, F.; Huang, Y.; Ge, J.; Zheng, W.; Tedsree, K.; Collier, P.; Hong, X.; Tsang, S. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 2162-2165 10.1002/anie.201007108
17. Batyrev, E. D.; Shiju, N. R.; Rothenberg, G. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 19335-19341 10.1021/jp3051438
18. Kandemir, T.; Girgsdies, F.; Hansen, T. C.; Liss, K.-D.; Kasatkin, I.; Kunkes, E. L.; Wowsnick, G.; Jacobsen, N.; Schlögl, R.; Behrens, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 5166-5170 10.1002/anie.201209539
19. Fujitani, T.; Choi, Y.; Sano, M.; Kushida, Y.; Nakamura, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 1235-1240 10.1021/jp9920242
20. Nakamura, I.; Nakano, H.; Fujitani, T.; Uchijima, T.; Nakamura, J. Surf. Sci. 1998, 402-404, 92-95 10.1016/S0039-6028(97)00910-2
21. Wang, G.; Morikawa, Y.; Matsumoto, T.; Nakamura, J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 9-11 10.1021/jp055689e
22. Chinchen, G. C.; Waugh, K. C. J. Catal. 1986, 97, 280-283 10.1016/0021-9517(86)90063-1
23. Chinchen, G. C.; Waugh, K. C.; Whan, D. A. Appl. Catal. 1986, 25, 101-107 10.1016/S0166-9834(00)81226-9
24. Fisher, I. A.; Bell, A. T. J. Catal. 1997, 172, 222-237 10.1006/jcat.1997.1870
25. Wang, G.-C.; Nakamura, J. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 3053-3057 10.1021/jz101150w
26. Grabow, L. C.; Mavrikakis, M. ACS Catal. 2011, 1, 365-384 10.1021/cs200055d
27. Yang, Y.; Mims, C. A.; Mei, D. H.; Peden, C. H. F.; Campbell, C. T. J. Catal. 2013, 298, 10-17 10.1016/j.jcat.2012.10.028
28. Yang, Y.; Mims, C. A.; Disselkamp, R. S.; Peden, C. H. F.; Campbell, C. T. Top. Catal. 2009, 52, 1440-1447 10.1007/s11244-009-9320-3
29. Yang, Y.; Mims, C. A.; Disselkamp, R. S.; Kwak, J.-H.; Peden, C. H. F.; Campbell, C. T. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 17205-17211 10.1021/jp104068k
30. Bönicke, I. A.; Kirstein, W.; Thieme, F. Surf. Sci. 1994, 307-309, 177-181 10.1016/0039-6028(94)90390-5
31. Liao, T.-H.; Sun, Q. Phys. Status Solidi B 1997, 200, 491-498 10.1002/1521-3951(199704)200:2<491::AID-PSSB491>3.0.CO;2-Q
32. Jo, S. K. Surf. Sci. 2015, 635, 99-107 10.1016/j.susc.2014.12.014
33. Su, C.; Suarez, D. L. Clays Clay Miner. 1997, 45, 814-825 10.1346/CCMN.1997.0450605
34. Millar, G. J.; Rochester, C. H.; Howe, C.; Waugh, K. C. Mol. Phys. 1992, 76, 833-849 10.1080/00268979200101721
35. Edwards, J. F.; Schrader, G. L. J. Phys. Chem. 1984, 88, 5620-5624 10.1021/j150667a032
36. Rasmussen, P. B.; Holmblad, P. M.; Christoffersen, H.; Taylor, P. A.; Chorkendorff, I. Surf. Sci. 1993, 287-288, 79-83 10.1016/0039-6028(93)90746-7
37. Fu, S. S.; Somorjai, G. A. Surf. Sci. 1992, 262, 68-76 10.1016/0039-6028(92)90460-N
38. Fu, S. S.; Somorjai, G. A. Langmuir 1992, 8, 518-524 10.1021/la00038a035
39. Rasmussen, P. B.; Taylor, P. A.; Chorkendorff, I. Surf. Sci. 1992, 269-270, 352-359 10.1016/0039-6028(92)91274-F
40. Rodriguez, J. A.; Clendening, W. D.; Campbell, C. T. J. Phys. Chem. 1989, 93, 5238-5248 10.1021/j100350a040
41. Baber, A. E.; Mudiyanselage, K.; Senanayake, S. D.; Beatriz-Vidal, A.; Luck, K. A.; Sykes, E. C.; Liu, P.; Rodriguez, J. A.; Stacchiola, D. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 12291-12298 10.1039/c3cp51533h
42. Chen, C.-S.; Cheng, W.-H. Catal. Lett. 2002, 83, 121-126 10.1023/A:1021006718974
43. Chen, C.-S.; Cheng, W.-H.; Lin, S.-S. Appl. Catal., A 2003, 238, 55-67 10.1016/S0926-860X(02)00221-1
44. Nakamura, I. J. Vac. Sci. Technol., A 1996, 14, 1464-1468 10.1116/1.579970
45. Hess, G.; Froitzheim, H.; Baumgartner, C. Surf. Sci. 1995, 331-333, 138-143 10.1016/0039-6028(95)00177-8
46. Solymosi, F.; Klivényi, G. Surf. Sci. 1994, 315, 255-268 10.1016/0039-6028(94)90130-9
47. Campbell, C. T.; Ertl, G.; Kuipers, H.; Segner, J. J. Chem. Phys. 1980, 73, 5862-5873 10.1063/1.440029
48. Chernyshova, I. V.; Ponnurangam, S.; Somasundaran, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 6953-6964 10.1039/c3cp44264k
49. Garand, E.; Wende, T.; Goebbert, D. J.; Bergmann, R.; Meijer, G.; Neumark, D. M.; Asmis, K. R. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 849-856 10.1021/ja9093132
50. Liu, Z.; Rittermeier, A.; Becker, M.; Kähler, K.; Löffler, E.; Muhler, M. Langmuir 2011, 27, 4728-4733 10.1021/la2000766
51. Millar, G. J.; Rochester, C. H.; Waugh, K. C. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991, 87, 1467-1472 10.1039/ft9918701467
52. Bowker, M.; Haq, S.; Holroyd, R.; Parlett, P. M.; Poulston, S.; Richardson, N. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1996, 92, 4683-4686 10.1039/ft9969204683
53. Sim, W. S.; Gardner, P.; King, D. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 12509-12516 10.1021/jp9600726
54. Liao, L.-F.; Lien, C.-F.; Chen, M.-T.; Lin, Y.-F.; Lin, J.-L. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 1912-1916 10.1039/b212387h
55. Klivényi, G.; Solymosi, F. Surf. Sci. 1995, 342, 168-184 10.1016/0039-6028(95)00767-9
56. Gomes, J. R. B.; Gomes, J. A. N. F. Surf. Sci. 2000, 446, 283-293 10.1016/S0039-6028(99)01157-7
57. Sexton, B. A.; Hughes, A. E.; Avery, N. R. Surf. Sci. 1985, 155, 366-386 10.1016/0039-6028(85)90423-6
58. Pritchard, J.; Catterick, T.; Gupta, R. K. Surf. Sci. 1975, 53, 1-20 10.1016/0039-6028(75)90113-2
59. Hollins, P.; Pritchard, J. Surf. Sci. 1979, 89, 486-495 10.1016/0039-6028(79)90633-2
60. Kohler, M. A.; Cant, N. W.; Wainwright, M. S.; Trimm, D. L. J. Catal. 1989, 117, 188-201 10.1016/0021-9517(89)90230-3
61. Busca, G. J. Mol. Catal. 1987, 43, 225-236 10.1016/0304-5102(87)87010-4
62. de Jong, K. P.; Geus, J. W.; Joziasse, J. J. Catal. 1980, 65, 437-441 10.1016/0021-9517(80)90320-6
63. Koryabkina, N. A.; Phatak, A. A.; Ruettinger, W. F.; Farrauto, R. J.; Ribeiro, F. H. J. Catal. 2003, 217, 233-239
64. Isahak, W. N. R. W.; Ramli, Z. A. C.; Ismail, M. W.; Ismail, K.; Yusop, R. M.; Hisham, M. W. M.; Yarmo, M. A. Journal of CO2 Utilization 2013, 2, 8-15 10.1016/j.jcou.2013.06.002
65. Nakamura, J. J. Vac. Sci. Technol., A 1997, 15, 1568-1571 10.1116/1.580633
66. McCash, E. M.; Parker, S. F.; Pritchard, J.; Chesters, M. A. Surf. Sci. 1989, 215, 363 10.1016/0039-6028(89)90266-5
67. Anger, G.; Winkler, A.; Rendulic, K. D. Surf. Sci. 1989, 220, 1-17 10.1016/0039-6028(89)90459-7
68. Nakamura, I.; Fujitani, T.; Uchijima, T.; Nakamura, J. Surf. Sci. 1998, 400, 387-400 10.1016/S0039-6028(97)00899-6
69. Rajumon, M. K.; Prabhakaran, K.; Rao, C. N. R. Surf. Sci. 1990, 233, L237-L242 10.1016/0039-6028(90)90169-9
70. Bailie, J.; Rochester, C.; Millar, G. Catal. Lett. 1995, 31, 333-340 10.1007/BF00808597
71. Fujitani, T.; Nakamura, J. Appl. Catal., A 2000, 191, 111-129 10.1016/S0926-860X(99)00313-0