Rational design synergistic metal-free dual-atom electrocatalyst for N2 to NH3 reaction on g-CN: A first principle study

电催化剂 催化作用 密度泛函理论 氨生产 过渡金属 金属 选择性 化学 氧化还原 无机化学 计算化学 组合化学 电化学 物理化学 电极 有机化学
作者
Xuefei Liu,Yuefei Zhang,Tianyun Liu,Wentao Wang,Zijiang Luo,Zhaocai Zhang,Wenjun Xiao
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:605: 154831-154831 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.154831
摘要

The electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) for ammonia production is promising for N2 fixation under ambient conditions. Most of the previous studies focus on transition metal-based catalysts, while the metal-free-based ones have not gotten enough attention. We designed dual-site metal-free atoms anchored on g-CN for electrocatalytic NRR based on the density functional theory (DFT) calculation. Results indicated that the B and P atoms co-doped g-CN system exhibits excellent NRR performance with a low limiting potential of −0.18 V, superior to most metal-based catalysts. In addition, a synergistic effect induced by the hybridization of B and P atoms is proposed. Eventually, the selectivity, thermodynamical stability, and conductivity are investigated. All of these modulations make the [email protected] an excellent electrocatalyst. Our work provides a novel method for electrocatalytic NRR to ammonia and promotes the development of NRR.
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