High-Throughput Screening of Efficient Biatom Catalysts Based on Monolayer Carbon Nitride for the Nitric Oxide Reduction Reaction

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作者
Yanmei Zang,Qian Wu,Shuhua Wang,Baibiao Huang,Ying Dai,Yandong Ma
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (2): 527-535 被引量:64
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.1c03938
摘要

Exploring efficient catalysts for the nitric oxide reduction reaction (NORR) toward NH3 synthesis is becoming increasingly important for tackling both NH3 synthesis and NO removal problems. Currently, only a few NORR catalysts have been proposed, which are exclusively concentrated on bulk metals or single-atom catalysts. Here, taking monolayer C2N as an example, we explore the potential of biatom catalysts (BACs) for direct NO-to-NH3 conversion by means of high-throughput first-principles calculations. According to a rational five-step screening strategy, a promising BAC of Cr2-C2N is successfully screened out, exhibiting high stability, activity, and selectivity and a low kinetic barrier for the NORR toward NH3 synthesis. Importantly, the adsorption energy of N atoms (ΔE*N) and the Gibbs free energy of NO adsorption (ΔG*NO) are identified as effective descriptors for efficient NORR catalysts. In addition, through tuning the NO coverage, the NORR on Cr2-C2N could produce different products of NH3 and N2O, providing the possibility to realize controllable multiproduct BACs. These findings not only suggest the great potential of BACs for direct NO-to-NH3 conversion but also help in rationally designing high-performance BACs.
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