Efficient Electrochemical Reduction of CO2 on g‐C3N4 Monolayer‐supported Metal Trimer Catalysts: A DFT Study

三聚体 电催化剂 电化学 催化作用 过渡金属 化学 密度泛函理论 单层 吸附 金属 无机化学 选择性 结晶学 材料科学 计算化学 纳米技术 物理化学 电极 有机化学 二聚体
作者
Yu Ren,Xiaoying Sun,Hongyu Jing,Zean Xie,Zhen Zhao
出处
期刊:Chemistry-an Asian Journal [Wiley]
卷期号:18 (4): e202201232-e202201232 被引量:16
标识
DOI:10.1002/asia.202201232
摘要

Abstract The electrochemical reduction of CO 2 into valuable chemicals and fuels is a promising but challenging method to realize the carbon cycle. In this work, a series of transition metal trimer clusters supported on g‐C 3 N 4 catalysts (M 3 @g‐C 3 N 4 , M=Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Ru) for electrochemical CO 2 reduction (CO 2 RR) toward C 1 and C 2 products were systemically studied using density functional theory (DFT) calculations. Our results show that CO 2 could be adsorbed and activated effectively on M 3 @g‐C 3 N 4 from adsorption configurations and electronic structures analyses. Cu 3 @g‐C 3 N 4 is a promising electrocatalyst for CH 4 production with a limiting potential of −0.42 V. Cr 3 @g‐C 3 N 4 , Fe 3 @g‐C 3 N 4 , and Co 3 @g‐C 3 N 4 produce a low limiting potential of −0.64 V, −0.45 V, and −0.64 V for C 2 H 4 production, respectively. Hydrogen evolution reaction is refrained on Cu 3 @g‐C 3 N 4 , Cr 3 @g‐C 3 N 4 , and Co 3 @ g‐C 3 N 4 . This work provides useful insights into transition metal trimer cluster catalysts with enhanced activity and selectivity in CO 2 RR.
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