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24.08.2017 | Original Paper | Ausgabe 19-20/2017

Topics in Catalysis 19-20/2017

Surface Reactivity of the Vanadium Phosphate Catalyst for the Oxidation of Methane

Zeitschrift:
Topics in Catalysis > Ausgabe 19-20/2017
Autoren:
Torstein Fjermestad, Alexander Genest, Wenqing Li, Gerhard Mestl, Notker Rösch
Wichtige Hinweise

Electronic supplementary material

The online version of this article (doi:10.​1007/​s11244-017-0848-3) contains supplementary material, which is available to authorized users.
The authors dedicate this work to the memory of the late Professor Helmut Knözinger. He provided invaluable mentorship to both senior authors, by guiding G.M. through is Ph.D. research and by introducing N.R. to the surface science of oxide materials.

Abstract

Using density functional theory (DFT), we compared the reactivity of vanadyl pyrophosphate (VPP) (100), α-VOPO4 (100), and δ-VOPO4 (100) for key elementary steps of the transformation of methane, serving also as model for similar steps that might occur for other hydrocarbon species. We examined in analogous fashion the initial and rate-determining homolytic C–H cleavage and the reaction of methoxy species to methanol. According to these calculated results, the system prefers the oxidation state V3+ for both types of reactions, thus avoiding the unstable oxidation state V2+. On the three surfaces modelled, either bare or hydrogenated, the models indicate a rather similar reactivity for C–H cleavage whereas methoxy species are energetically preferred over methanol.

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