Two-dimensional C2N-based single-atom catalyst with complex microenvironment for enhanced electrochemical nitrogen reduction: A descriptor-based design

合理设计 催化作用 电化学 限制 氧化还原 电解质 材料科学 金属 产量(工程) 化学 组合化学 纳米技术 无机化学 电极 物理化学 工程类 有机化学 机械工程 冶金
作者
Enduo Dai,Wei An,Ruixian Guo,Xugen Shi,Yunyi Li,Yibo Wang,Mingming Liu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:97: 110-119 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2024.05.045
摘要

The catalytic descriptor with operational feasibility is highly desired towards rational design of high-performance catalyst especially the electrode/electrolyte solution interface working under mild conditions. Herein, we demonstrate that the descriptor Ω parameterized by readily accessible intrinsic properties of metal center and coordination is highly operational and efficient in rational design of single-atom catalyst (SAC) for driving electrochemical nitrogen reduction (NRR). Using two-dimensional metal (M)-BxPySzNm@C2N as prototype SAC models, we reveal that *N2 + (H+ + e−) → *N2H acts predominantly as the potential-limiting step (PLS) of NRR on M-B2P2S2@C2N and M-B1P1S1N3@C2N regardless of the distinction in coordination microenvironment. Among the 28 screened M active sites, with Ω values close to the optimal 4, M-B2P2S2@C2N (M = V (Ω=3.53), Mo (Ω=5.12), W (Ω=3.92) and M-B1P1S1N3@C2N (M = V (Ω=3.00), Mo (Ω=4.34), W (Ω=3.32) yield the lowered limiting potential (UL) as −0.45, −0.54, −0.36, −0.58, −0.25, and −0.24 V, respectively, thus making them the promising NRR catalysts. More importantly, these SACs are located around the top of volcano-shape plot of UL versus Ω, re-validating Ω as an effective descriptor for accurately predicting the high-activity NRR SACs even with complex coordination. Our study unravels the relationship between active-site structure and NRR performance via the descriptor Ω, which can be applied to other important sustainable electrocatalytic reactions involving activation of small molecules via σ-donation and π*-backdonation mechanism.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
风吹麦浪的应助被七月流火采纳,获得20
刚刚
1秒前
Akim的应助被xiaolizi采纳,获得10
1秒前
1秒前
SS完成签到 ,获得积分10
2秒前
Luna发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
王小武发布了新的文献求助10
3秒前
焓舒的应助被liheng采纳,获得40
3秒前
4秒前
Ava的应助被tt采纳,获得10
4秒前
ASHAISHAI完成签到,获得积分10
5秒前
xiongzi发布了新的文献求助10
5秒前
liuyux发布了新的文献求助10
6秒前
桐桐的应助被自由的丹珍采纳,获得10
6秒前
CipherSage的应助被孙严青采纳,获得10
7秒前
DAL发布了新的文献求助10
7秒前
joker完成签到,获得积分10
7秒前
null的应助被牛油果大王采纳,获得10
8秒前
负责大侠完成签到,获得积分10
8秒前
6rj发布了新的文献求助20
9秒前
ZZ发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
Yoikon关注了科研通微信公众号
11秒前
852的应助被Tony采纳,获得10
11秒前
bszh完成签到,获得积分10
11秒前
共享精神的应助被miku1采纳,获得10
12秒前
小二郎的应助被111采纳,获得10
12秒前
12秒前
13秒前
hyman发布了新的文献求助10
14秒前
要减肥的湘云完成签到 ,获得积分10
14秒前
14秒前
汉堡包的应助被xl采纳,获得10
15秒前
16秒前
科研小哥的应助被Cakoibao采纳,获得30
16秒前
17秒前
17秒前
18秒前
18秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
RNA结合蛋白调控丝状真菌次级代谢的分子机制及功能研究 2000
拉伸高分子熔体中缠结行为的模拟和小角中子散射研究 1080
Encyclopedia of Modern Artificial Intelligence 1000
Особенности технологий и методов информационно-психологических войн СССР с Великобританией и США в период 1939-1953 гг 1000
Critical Psychology 600
Analyses de reconnaissances de dettes passées devant les échevins d'Ypres (1249-1291) 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8145478
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9544400
关于积分的说明 21662826
捐赠科研通 7731467
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3422691
关于科研通互助平台的介绍 2547774
邀请新用户注册赠送积分活动 2465502