CO2 Electroreduction Performance of Transition Metal Dimers Supported on Graphene: A Theoretical Study

石墨烯 过渡金属 密度泛函理论 材料科学 催化作用 纳米技术 选择性 分散性 二聚体 化学 化学物理 化学工程 计算化学 有机化学 工程类 高分子化学
作者
Yawei Li,Haibin Su,Siew Hwa Chan,Qiang Sun
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:5 (11): 6658-6664 被引量:250
标识
DOI:10.1021/acscatal.5b01165
摘要

Graphene-based materials are being hotly pursued for energy and environment applications. Inspired by the recent experimental synthesis of Fe2 dimer supported on graphene (He, Z.; He, K.; Robertson, A. W.; Kirkland, A. I.; Kim, D.; Ihm, J.; Yoon, E.; Lee, G.-D.; Warner, J. H. Nano Lett. 2014, 14, 3766–3772), here using large-scale screening-based density functional theory and microkinetics modeling, we have identified that some transition metal dimers (Cu2, CuMn, and CuNi), when supported on graphene with adjacent single vacancies (labeled as XY@2SV), perform better in CO2 electroreduction with reduced overpotental and enhanced current density. Specifically, Cu2@2SV is catalytically active toward CO production, similar to Au electrodes but distinct from bulk Cu; MnCu@2SV is selective toward CH4 generation, while NiCu@2SV promotes CH3OH production because of the difference in oxophilicity between incorporated Mn and Ni. The advantages of the outstanding selectivity of products, the high dispersity of spatial distribution, and the reduced overpotentials allow these new systems to be promising catalysts, which will motivate more experimental research in this direction to further explore graphene-based materials for CO2 conversion.
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