Unique Geometrical and Electronic Properties of TM2B2 Quadruple Active Sites Supported on C2N Monolayer Toward Effective Electrochemical Urea Production

电催化剂 材料科学 尿素 单层 电负性 电化学 催化作用 吸附 过渡金属 纳米技术 物理化学 化学 电极 有机化学
作者
Zengying Ma,Yao Luo,Peng Wu,Junwen Zhong,Chongyi Ling,Yanghong Yu,Xueqian Xia,Bowen Song,Lixin Ning,Yucheng Huang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (35) 被引量:39
标识
DOI:10.1002/adfm.202302475
摘要

Abstract Developing high‐performance electrocatalysts for urea production using CO 2 and N 2 holds great potential to mitigate environmental pollution and energy crisis. In this study, 26 kinds of quadruple TM 2 B 2 ensembles supported on porous C 2 N monolayer are designed as the potential electrocatalysts, with the expectation to provide sufficient space for the co‐adsorption of CO 2 and N 2 and fulfill a synergistic effect of transition metal (TM) and boron atoms. Cr 2 B 2 @C 2 N is selected as the promising electrocatalyst with a record‐low limiting potential of −0.37 V (vs RHE) in the neutral environment, by using a three‐step screening strategy, i.e., stability of the catalyst, adsorption pattern of N 2 , and desorption of urea. With the help of artificial intelligence approaches, simple geometric and electronic descriptors are identified for the selectivity and activity of the electrocatalysts, which correlate strongly with the TM‐B distance and the number of d electrons and electronegativity of TM atoms. The geometric descriptor narrows the scope to the early‐TM‐containing systems while the electronic descriptor produces the Cr‐containing system. Results of this study provide a novel perspective to the electrochemical synthesis of urea that is useful to the rational design of effective electrocatalyst toward urea production.
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