The rational co-doping strategy of transition metal and non-metal atoms on g-CN for highly efficient hydrogen evolution by DFT and machine learning

兴奋剂 过渡金属 金属 材料科学 合理设计 化学物理 物理化学 化学 纳米技术 催化作用 冶金 有机化学 光电子学
作者
Yang Yu,Xin Zhao,Tianyun Liu,Yue‐Fei Zhang,Yuanjun Hu,Xuefei Liu,Gang Wang,Degui Wang,Jinshun Bi,Zijiang Luo,Wentao Wang,Shenbo Yang,Wenjun Xiao
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:56: 949-958 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.12.229
摘要

As a clean energy source, hydrogen has attracted high interest in developing efficient hydrogen evolution reaction (HER) catalysts due to its sustainable and renewable characteristics. In this work, we have systematically investigated the HER activity of the g-CN two-dimensional materials. The catalytic activity in HER is enhanced by doping non-metallic atoms (C, N, B, Si) and transition metal atoms (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) in the vacancies of g-CN. Based on the first principle calculation, we screened 40 structures and found that the ΔGH* of Sc@C3–CN, V@C3–CN, Mn@C3–CN, Sc@N3–CN, and Ti@Si3–CN was close to zero. Among them, Ti@Si3–CN has the lowest Gibbs free energy change (−0.01 eV) and has excellent HER performance. In addition, we explored HER activity's origin by using machine learning (ML) algorithms. The results show that the atomic relative distance in the TM@X3-CN structure significantly affects the catalytic activity.
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