Transition-metal-atom-pairs deposited on g-CN monolayer for nitrogen reduction reaction: Density functional theory calculations

过电位 密度泛函理论 催化作用 过渡金属 电化学 化学 氧化还原 单层 Atom(片上系统) 物理化学 无机化学 计算化学 有机化学 生物化学 电极 计算机科学 嵌入式系统
作者
Bin Huang,Yifan Wu,Bibo Chen,Yong Qian,Naigen Zhou,Neng Li
出处
期刊:Chinese Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:42 (7): 1160-1167 被引量:46
标识
DOI:10.1016/s1872-2067(20)63745-7
摘要

The development of highly active DFT catalysts for an electrocatalytic N2 reduction reaction (NRR) under mild conditions is a difficult challenge. In this study, a series of atom-pair catalysts (APCs) for an NRR were fabricated using transition-metal (TM) atoms (TM = Sc−Zn) doped into g-CN monolayers. The electrochemical mechanism of APCs for an NRR has been reported by well-defined density functional theory calculations. The calculated limiting potentials were −0.47 and −0.78 V for the Fe2@CN and Co2@CN catalysts, respectively. Owing to its high suppression of hydrogen evolution reactions, Co2@CN is a superior electrocatalytic material for a N2 fixation. Stable Fe2@CN may be a strongly attractive material for an NRR with a relatively low overpotential after an improvement in the selectivity. The two-way charge transfer affirmed the donation-acceptance procedure between N2 and Fe2@CN or Co2@CN, which play a crucial role in the activation of inert N≡N bonds. This study provides an in-depth investigation into atom-pair catalysts and will open up new avenues for highly efficient g-CN-based nanostructures for an NRR.
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