Transition metal clusters with precise numbers of atoms anchored on graphdiyne as multifunctional electrocatalysts for OER/ORR/HER: a computational study

材料科学 过渡金属 纳米技术 金属 冶金 催化作用 化学 生物化学
作者
Xin‐Yang Liu,J. W. Liu,Gang Li,Jingxiang Zhao
出处
期刊:Rare Metals [Springer Science+Business Media]
卷期号:43 (7): 3107-3117 被引量:46
标识
DOI:10.1007/s12598-023-02611-7
摘要

Abstract Subnanometer metal clusters play an increasingly important role in heterogeneous catalysis due to their high catalytic activity and selectivity. In this work, by means of the density functional theory (DFT) calculations, the catalytic activities of transition metal clusters with precise numbers of atoms supported on graphdiyne (TM 1‐4 @GDY, TM = V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ir, Pt) were investigated for oxygen evolution reactions (OER), oxygen reduction reactions (ORR) and hydrogen evolution reactions (HER). The computed results reveal that the Pd 2 , Pd 4 and Pt 1 anchored graphdiyne can serve as trifunctional catalysts for OER/ORR/HER with the overpotentials of 0.49/0.37/0.06, 0.45/0.33/0.12 and 0.37/0.43/0.01 V, respectively, while Pd 1 and Pt 2 @graphdiyne can exhibit excellent catalytic performance for water splitting (OER/HER) with the overpotentials of 0.55/0.17 and 0.43/0.03 V. In addition, Ni 1 and Pd 3 anchored GDY can perform as bifunctional catalysts for metal–air cells (OER/ORR) and fuels cells (ORR/HER) with the overpotentials of 0.34/0.32 and 0.42/0.04 V, respectively. Thus, by precisely controlling the numbers of atoms in clusters, the TM 1‐4 anchored graphdiyne can serve as promising multifunctional electrocatalysts for OER/ORR/HER, which may provide an instructive strategy to design catalysts for the energy conversation and storage devices.
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