Nitrogen-containing compounds such as quinoline in coal-based crude oils cause environmental pollution in the course of application. Consequently, dealing with the nitrogen-containing compounds from coal-based crude oil is of paramount importance. The hydrogenation and CN bond cleavage mechanisms of quinoline on the active Mo-terminated over Mo2C(0 0 1) surface, as well as on surfaces doped with W, Pt and Pd monolayers, were examined employing the density functional theory (DFT) method. The Pd and Pt-doped catalysts exhibited higher hydrogenation activity. The catalytic efficiency is enhanced by the loading of different metals, particularly with d-band center further away from the Fermi energy level. Additionally, a novel CN bond cleavage mechanism for quinoline has been proposed. The new proposed mechanism is more conducive for the CN bond cleavage. After a thorough comparison, the Pd-loaded catalyst was identified as the most effective for quinoline hydrogenation and CN bond cleavage.

Pd-based catalysts are extensively employed to catalyze CO oxidative coupling to generate DMO, while the expensive price and high usage of Pd hinder its massive application in industrial production. Designing Pd-based catalysts with high efficiency and low Pd usage as well as expounding the catalytic mechanisms are significant for the reaction. In this study, we theoretically predict that Pd stripe doping Co(1 1 1) surface exhibits excellent performance than pure Pd(1 1 1), Pd monolayer supporting on Co(1 1 1) and Pd single atom doping Co(1 1 1) surface, and clearly expound the catalytic mechanisms through the density functional theory (DFT) calculation and micro-reaction kinetic model analysis. It is obtained that the favorable reaction pathway is COOCH3–COOCH3 coupling pathway over these four catalysts, while the rate-controlling step is COOCH3+CO+OCH3→2COOCH3 on Pd stripe doping Co(1 1 1) surface, which is different from the case (2COOCH3→DMO) on pure Pd(1 1 1), Pd monolayer supporting on Co(1 1 1) and Pd single atom doping Co(1 1 1) surface. This study can contribute a certain reference value for developing Pd-based catalysts with high efficiency and low Pd usage for CO oxidative coupling to DMO.