Ni-N4 sites in a single-atom Ni catalyst on N-doped carbon for hydrogen production from formic acid

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作者
Dmitri A. Bulushev,Alina D. Nishchakova,С. В. Трубина,Olga A. Stonkus,Igor Asanov,A. V. Okotrub,Lyubov G. Bulusheva
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:402: 264-274 被引量:66
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2021.08.044
摘要

The purposes of this research were to synthesize single-atom 1 wt% Ni catalysts for the hydrogen production from formic acid using a simple impregnation of N-doped carbon with Ni acetate, to elucidate the nature of the Ni site using a combination of experimental methods with density functional theory calculations, to propose a reaction mechanism with this Ni site and to compare the catalytic properties of the single-atom catalysts with those of a traditional Ni catalyst with nanoparticles (3.9 nm). We found that the single Ni atom formed a Ni-N4 site in a double vacancy of curved N-doped graphene. Mass-based catalytic activities of the single-atom and traditional catalysts were close. The mechanism of the reaction involved the formation of formate through participation of the Ni and N atoms. The highest energy barrier (1.088 eV) was determined for the step of recombination of hydrogen atoms. This barrier corresponded well to the experimental apparent activation energy.
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