作為合成氣轉(zhuǎn)化氧化物-沸石（OX-ZEO）復(fù)合催化劑的關(guān)鍵組成部分，Cr摻雜ZnO三元體系可以被視為理解氧化物催化劑的模型體系。然而，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論方法都遇到了重大挑戰(zhàn)。
基于此，英國貝爾法斯特女王大學(xué)胡培君教授（通訊作者）等人使用機(jī)器學(xué)習(xí)加速方法，包括巨正則蒙特卡羅法和遺傳算法，探索了不同的Cr和氧空位（OV）濃度的ZnO(1010)表面。然后通過DFT計(jì)算系統(tǒng)地研究了不同Cr和OV濃度的穩(wěn)定表面對(duì)CO活化的影響。
研究表明，Cr傾向于優(yōu)先出現(xiàn)在ZnO(1010)的表面而不是其內(nèi)部區(qū)域，并且Cr摻雜結(jié)構(gòu)在高Cr和OV濃度下傾向于沿[0001]方向形成矩形島。在摻Cr的ZnO表面上，去除附著在Cr上的氧顯著地增強(qiáng)了CO的吸附。對(duì)于同一組分，未重構(gòu)表面的二配位Cr比重構(gòu)表面的四配位Cr具有更強(qiáng)的CO吸附能。
此外，CO反應(yīng)性的詳細(xì)計(jì)算揭示了C-O鍵解離的反應(yīng)能壘（Ea）與Cr和OV濃度之間的反比關(guān)系，并且觀察到OV形成能與CO活化的Ea之間存在線性關(guān)系。進(jìn)一步的分析表明，當(dāng)相鄰的OV在[1210]方向上幾何排列且Cr摻雜在反應(yīng)位點(diǎn)周圍時(shí)，C-O鍵解離更加有利。這些發(fā)現(xiàn)為Cr摻雜ZnO表面的CO活化提供了更深入的見解，并為合成氣轉(zhuǎn)化的有效催化劑的合理設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的指導(dǎo)。
Unravelling the Impact of Metal Dopants and Oxygen Vacancies on Syngas Conversion over Oxides: A Machine Learning-Accelerated Study of CO Activation on Cr-Doped ZnO Surfaces. ACS Catal., 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c03648.
https://doi.org/10.1021/acscatal.3c03648.
