Constructing diatomic catalyst on MoSSe achieves ultra-low overpotential for nitrogen fixation: First-principles study

过电位 双原子分子 催化作用 材料科学 化学 纳米技术 物理化学 生物化学 有机化学 电极 分子 电化学
作者
Ying Xu,An Yu Bao,Ze Xiong,Feng Liu,Sheng Wei
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:124 (9)
标识
DOI:10.1063/5.0194388
摘要

The collaborative interaction between the diatoms can enhance the catalytic activity of the transition metal atoms and facilitate the activation of nitrogen molecules. Based on first-principles calculations, the feasibility of electrocatalytic nitrogen fixation as a diatomic catalyst (TMs@MoSSe) formed by transition metal dimers (V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni) dispersed on a two-dimensional Janus MoSSe monolayer is systematically investigated. The results demonstrate that the MoSSe monolayer loaded with double chromium atoms (Cr2@MoSSe) exhibits exceptional catalytic activity, showcasing an extremely low overpotential of 0.17 V in the enzymatic mechanism. Specifically, this research elucidates the nitrogen reduction capacity of the electrocatalyst by considering its magnetic moment and work function, concluding that a lower work function corresponds to enhanced catalytic activity. Additionally, the product of the magnetic moment and valence electron numbers of the transition metal atoms (μTM⋅dTM) exhibits an inverted volcano relationship with the overpotential. These findings can provide valuable insights for the design of diatomic catalysts.
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