Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
การศึกษาเชิงทฤษฎีของการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เร่งปฏิกิริยาเชิงไฟฟ้าด้วยสารประกอบเชิงซ้อนนิกเกิล
Year (A.D.)
2023
Document Type
Thesis
First Advisor
Vudhichai Parasuk
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemistry (ภาควิชาเคมี)
Degree Name
Doctor of Philosophy
Degree Level
Doctoral Degree
Degree Discipline
Chemistry
DOI
10.58837/CHULA.THE.2023.1396
Abstract
The electrochemical conversion of CO2 to CO using nickel-N4-Schiff base complexes as catalysts was studied by Density Functional Theory (DFT). Three nickel complexes from Juthathan et. al. were analyzed: 1-Ni, 2-Ni, and [2-Ni]Me. Two CO2 conversion pathways, external and internal proton transfer, were proposed, and their reaction energy profiles were computed. The external proton transfer pathway, which involves three steps, does not contain a transition state. All steps are exothermic, with the overall reaction energies being lowest for 1-Ni (-5.72 eV), followed by 2-Ni (-5.56 eV) and [2-Ni]Me (-5.54 eV). The internal proton transfer pathway consists of four steps, including a transition state in the carboxylic formation step. The CO2 reduction by [2-Ni]Me could not proceed further through this mechanism due to the absence of an NH group in the ligand. Additionally, 1-Ni exhibits a lower activation energy (0.83 eV), consistent with experimental results. The charge of the pre-adsorption nickel complex appears to be related to catalyst activity, with catalysts featuring a less positive nickel charge being more active.
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
การศึกษาทางเคมีไฟฟ้าของคาร์บอนไดออกไซด์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์โดยใช้สารประกอบเชิงซ้อนนิกเกิล-N4-Schiff base เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยการทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT) การวิเคราะห์สารประกอบเชิงซ้อนของนิกเกิลสามโครงสร้างที่แตกต่างกัน ได้แก่ 1-Ni, 2-Ni, และ [2-Ni]Me ซึ่งถูกสร้างโดย Juthathan และคณะ มีการเสนอเส้นทางการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์สองเส้นทาง คือ การถ่ายโอนโปรตอนภายนอกและภายใน และมีการคำนวณโปรไฟล์พลังงานปฏิกิริยาของทั้งสองเส้นทาง เส้นทางการถ่ายโอนโปรตอนภายนอก ซึ่งประกอบด้วยสามขั้นตอน ทุกขั้นตอนเป็นเอกโซเทอร์มิกและไม่พบสภาวะแทรนซิชัน โดยพลังงานปฏิกิริยารวมที่ต่ำสุดเป็นของ 1-Ni (-5.72 eV), 2-Ni (-5.56 eV) และ [2-Ni]Me (-5.54 eV) ตามลำดับ เส้นทางการถ่ายโอนโปรตอนภายในประกอบด้วยสี่ขั้นตอน การเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์โดย [2-Ni]Me ไม่สามารถดำเนินต่อไปตามกลไกนี้ได้ เนื่องจากขาดกลุ่ม NH ในลิแกนด์ นอกจากนี้ 1-Ni ยังแสดงพลังงานกระตุ้นต่ำที่สุด (0.83 eV) ซึ่งสอดคล้องกับผลการทดลอง
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
Santiwarodom, Wilasinee, "Theoretical study of nickel-complex electrocatalyzed carbon dioxide conversion" (2023). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 73902.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/73902