Transition metal single-atom anchored g-CN monolayer for constructing high-activity multifunctional electrocatalyst

电催化剂 单层 过渡金属 Atom(片上系统) 材料科学 电子转移 吸附 纳米技术 组合化学 密度泛函理论 化学工程 化学 催化作用 计算化学 物理化学 电化学 计算机科学 工程类 电极 有机化学 嵌入式系统
作者
Yibo Chen,Yilei Yue,Chengwu Yang,Xinyu Zhang,Jiaqian Qin,Riping Liu
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:565: 150547-150547 被引量:52
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2021.150547
摘要

Exploring highly efficient, economical and environment-friendly multifunctional electrocatalysts is an essential precondition for the development of renewable energy conversion and storage technology. Herein, a systematic computation based on the density functional theory (DFT) was conducted to examine the potentiality of the isolated transition metal (TM) atom anchored on g-CN, expressed as [email protected] (TM = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt and Au), as multifunctional electrocatalysts toward HER, OER and ORR. Among these candidates, [email protected] and [email protected] are predicted to be the promising trifunctional catalysts, being capable of driving HER/OER/ORR with the ultralow overpotentials of 0.21/0.33/0.64 V and 0.14/0.58/0.48 V, respectively, which can compete with or even outperform the currently well-developed catalysts. Importantly, the d-band center of TM atom can serve as an ideal descriptor for the adsorption energy of oxygenated intermediates. Such superb catalytic activity can be ascribed to the synergistic effect of TM and g-CN, which can effectively guarantee outstanding conductivity and electron transfer, thus tuning the interaction strength of adsorbates and optimizing the catalytic performance. The tunable catalytic activity of [email protected] would open a new perspective for optimizing catalytic performances and stimulate the developments of promising multifunctional electrocatalysts for renewable energy applications.
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