Elementary mechanism for the electrocatalytic reduction of nitrobenzene on late-transition-metal surfaces from density functional theory

硝基苯 电催化剂 密度泛函理论 过渡金属 化学 苯胺 催化作用 还原(数学) 金属 无机化学 材料科学 组合化学 计算化学 电化学 物理化学 有机化学 电极 几何学 数学
作者
Andrew Jark-Wah Wong,Joshua Lee Miller,Michael John Janik
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier BV]
卷期号:2 (6): 1362-1379 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.checat.2022.03.009
摘要

Reduction of nitrobenzene to aniline is important in the production of industrial chemicals and treatment of wastewater. The electrocatalytic mechanism of nitrobenzene reduction across late-transition-metal electrocatalysts is not well established, making rational electrocatalyst design challenging. Density functional theory (DFT) methods are used to identify elementary steps for nitrobenzene reduction and determine trade-offs that dictate optimizing electrocatalysts. Overall reduction activity is optimized based on a trade-off between activity for the initial reduction of the NO2-phenyl∗ and the reduction of surface-bound hydroxide (OH∗) species. The binding of O serves as a descriptor to predict the energetics of both steps, and the optimal electrocatalyst will have an intermediate O∗ binding strength. DFT results predict that, of close-packed late-transition-metal surfaces, the Cu (111), Ir (111), Pd (111), and Pt (111) metal surfaces will most effectively balance these trade-offs. Bimetallics that could offer high electrocatalytic activity for nitroaromatic reduction are suggested.
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