Theoretical investigation of CO2 electroreduction on N (B)-doped graphdiyne mononlayer supported single copper atom

电负性 催化作用 电化学 吸附 材料科学 Atom(片上系统) 化学 结晶学 金属 无机化学 物理化学 电极 有机化学 嵌入式系统 计算机科学 冶金
作者
Zhen Feng,Yanan Tang,Yaqiang Ma,Yi Li,Yawei Dai,Hai Ding,Guang Su,Xianqi Dai
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:538: 148145-148145 被引量:52
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2020.148145
摘要

Carbon dioxide electrochemical reduction reaction (CO2RR) with proton-electron pair delineates an intriguing prospect for converting CO2 to useful chemicals. However, CO2RR is urgently required low-cost and high efficient electrocatalysts to overcome the sluggish reaction kinetic and ultralow selectivity. Here by means of first-principle computations, the geometric constructions, electronic structures, and CO2RR catalytic performance of boron- and nitrogen-doped graphdiyne anchoring a single Cu atom ([email protected] GDY and [email protected] GDY) were systematically investigated. These eight [email protected] GDY complexes possess excellent stability. The adsorption free energies showed that the eight [email protected] GDY could spontaneously capture CO2 molecules. The [email protected] GDY monolayers exhibit a more efficient catalytic performance for CO2 reduction compared to [email protected] GDY because of the differences in adsorption energies and charge transfer. The calculations further indicated that the [email protected]b-doped GDY complex possesses excellent catalytic character toward CO2RR with the same limiting potentials of −0.65 V for production of HCOOH, CO, OCH2, CH3OH, and CH4. Charge analysis indicated that the *OCHO and *COOH species gain more electrons from [email protected] GDY than from [email protected] GDY complexes due to different electronegativity of coordinated element. Our findings highlighted the electronegativity of coordinated elements for the design of atomic metal catalysts.
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