Transition metal single-atom anchored on MoSi2N4 monolayer as highly efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction

电催化剂 单层 过渡金属 催化作用 氢原子 Atom(片上系统) 金属 化学 材料科学 化学物理 光化学 纳米技术 物理化学 有机化学 电化学 计算机科学 电极 嵌入式系统 烷基
作者
Wei Xun,Xin Liu,Qingsong Jiang,Yin‐Zhong Wu,Xiao Yang
出处
期刊:Molecular Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:556: 113926-113926 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.mcat.2024.113926
摘要

Single-atom catalysts are considered as a promising method for efficient energy conversion, owing to their advantages of high atom utilization and low catalyst cost. However, finding a stable two-dimensional structure and high hydrogen evolution reaction (HER) performance is a current research hotspot. Herein, based on the first-principles calculations, we identify the HER properties of six catalysts (TM@MoSi2N4, TM = Sc, Ti, V, Fe, Co, and Ni) comprising transition metal atoms anchored on MoSi2N4 monolayer. The results show that the spin-polarized states appear around the Fermi level after anchoring TM atoms. Therefore, the energy level of the first available unoccupied state for accommodating hydrogen drops, regulating the bonding strength of hydrogen. Thus, the single transition metal atom activates the active site of the MoSi2N4 inert base plane, becoming a quite suitable site for the HER. Based on ΔGH*, the exchange current density and volcano diagram of the corresponding catalytic system were also calculated. Among them, V@MoSi2N4 (ΔGH* = -0.07 eV) and Ni@MoSi2N4 (ΔGH* = 0.06 eV) systems show efficient the HER property. Our study confirms that the transition metal atom anchoring is an effective means to improve the performance of electrocatalysis, and TM@MoSi2N4 has practical application potential as a high efficiency HER electrocatalyst.
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