Electrocatalytic Reduction of N2 Using Metal-Doped Borophene

材料科学 催化作用 过渡金属 氨生产 电化学 金属 限制 兴奋剂 无机化学 Atom(片上系统) 纳米技术 化学工程 物理化学 冶金 电极 化学 计算机科学 光电子学 有机化学 机械工程 工程类 嵌入式系统
作者
Lu Xu,Li‐Ming Yang,Eric Ganz
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (12): 14091-14101 被引量:96
标识
DOI:10.1021/acsami.0c20553
摘要

Ammonia synthesis is an essential process in chemistry and industry. However, it is limited by the lack of efficient catalysts and high energy costs. Developing highly efficient systems for ammonia synthesis is an important and long-standing challenge. In this paper, a large class of metal atoms (including 3d/4d transition metals and main group metals) anchored onto borophene have been studied as single atom catalysts for ammonia synthesis. After comprehensive computational screening and systematic evaluation, four candidates stand out. We predict that Mo, Mn, Tc, and Cr@BM-β12 will have superior performance for catalytic reduction of N2 to NH3 with low limiting potentials of −0.26, −0.32, −0.38, and −0.48 V, respectively. Furthermore, we studied the activity of the competitive HER on M@BM-β12. The results implied that the two materials Mo@BM-β12 and Mn@BM-β12 showed HER suppression. These properties exceed most currently reported nitrogen reduction reaction electrocatalysts. Our results suggest the possibility of efficient electrochemical reduction of N2 to NH3 in a lower energy process.
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