Computational prediction of Mo2@g-C6N6 monolayer as an efficient electrocatalyst for N2 reduction

单层 电催化剂 化学 选择性 催化作用 氧化还原 法拉第效率 电化学 过渡金属 氨生产 组合化学 无机化学 物理化学 有机化学 电极 生物化学
作者
Jiajun Wang,M. Shi,Guolin Yi,Lu Wang,Shulai Lei,Ke Xu,Shujuan Li,Jianshuai Mu
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier]
卷期号:33 (10): 4623-4627 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2021.12.040
摘要

Electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) is an environmentally friendly method for sustainable ammonia synthesis under ambient conditions. Searching for efficient NRR electrocatalysts with high activity and selectivity is currently urgent but remains great challenge. Herein, we systematically investigate the NRR catalytic activities of single and double transition metal atoms (TM = Fe, Co, Ni and Mo) anchored on g-C6N6 monolayers by performing first-principles calculation. Based on the stability, activity, and selectivity analysis, Mo2@g-C6N6 monolayer is screened out as the most promising candidate for NRR. Further exploration of the reaction mechanism demonstrates that the Mo dimer anchored on g-C6N6 can sufficiently activate and efficiently reduce the inert nitrogen molecule to ammonia through a preferred distal pathway with a particularly low limiting potential of -0.06 V. In addition, we find that Mo2@g-C6N6 has excellent NRR selectivity over the competing hydrogen evolution reaction, with the Faradaic efficiency being 100%. Our work not only predicts a kind of ideal NRR electrocatalyst but also encouraging more experimental and theoretical efforts to develop novel double-atom catalysts (DACs) for NRR.
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