Two‐Dimensional Tetragonal Transition Metal Chalcogenides for High Performance Oxygen Evolution and Reduction: A DFT Study

双功能 过电位 四方晶系 单层 催化作用 过渡金属 化学 析氧 密度泛函理论 电化学 电催化剂 无机化学 材料科学 纳米技术 结晶学 物理化学 计算化学 电极 晶体结构 有机化学
作者
Yumeng Cheng,Jia Zhou
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/cphc.202300714
摘要

Abstract The pursuit of high‐performance bifunctional catalysts for oxygen evolution/reduction (OER/ORR) has gained significant attention in the field of electrochemical water splitting and fuel cells. In this study, we employed density functional theory (DFT) calculations to investigate a series of 2D tetragonal TMX (TM=transition metal, X=S, Se, Te) monolayers as potential bifunctional electrocatalysts for OER/ORR. To evaluate the overall performance of OER electrocatalysts, we introduced a descriptor, G max. The G max values obtained for tetragonal CdS, CdSe, FeSe, NiSe, and NiTe monolayers were all below 1.0 V, indicative of their superior catalytic activity and selectivity. Moreover, NiSe displayed remarkable ORR capability with an overpotential (η ORR ) of 0.53 V. Based on the bifunctional index (BI), the catalytic activity ranking for the bifunctional catalysts is as follows: NiSe>NiTe>FeSe>CdS>CdSe>NiS>TiSe>ZnTe. These findings provide an insightful understanding of the electrocatalytic properties of 2D tetragonal TMX monolayers for OER/ORR, opening avenues for the future development of efficient bifunctional electrocatalysts based on 2D tetragonal transition metal chalcogenides.
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