A First-Principles Screening for Axial Ligand Regulation of Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction on Dual-Metal Atomic Catalysts (M1M2N6-R)

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作者
Yousong Gu,Hualin Chen,Jiangnan Shen,Qiuju Zhang,Liang Chen
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:10 (33): 37941-37949 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsomega.5c05014
摘要

A primary challenge in the carbon dioxide reduction reaction (CO 2 RR) is the rational design and engineering of high-efficiency electrocatalysts. A series of M 1 M 2 N 6 catalysts (M 1 M 2 = NiNi, CoNi, CoFe, CoCo) with precisely tailored axial ligands (R = –OH, –COH, –CN) have been high-throughput screened out to exhibit optimal electrocatalytic activity, which is extended to further estimate their CO 2 RR performance in this work. The adsorption energies of three distinct ligands at the M 1 –M 2 bridge site are evaluated to quantitatively assess the ligand stabilization. On pristine and ligand-engineered M 1 M 2 N 6 catalysts, the free energy variation along CO 2 RR pathways leading to C1 products reveals that the initial proton-coupled electron transfer to form the *HCOO/*COOH intermediate is the main potential-limiting step of yielding the key intermediate CO*. The formation barrier energy difference of <0.06 eV between *HCOO and *COOH intermediates on pristine CoCo/CoFe/CoNi and CN-functionalized CoFe/CoCo catalysts facilitates *CO intermediate generation and enables the subsequent *CO–*CO coupling to C2 products for formation of C 2 H 5 OH and C 2 H 6 . However, –COH and –OH modification excludes *CO-intermediate formation and directs the reaction toward CH 4 and CH 3 OH production due to the large kinetic energy difference of 0.96–1.11 eV between *HCOO and *COOH. Our results provide a possible axial ligand engineering strategy of regulating C1/C2 product selectivity on different dual-atom catalysts.
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