Unveiling the Synergy between Surface Terminations and Boron Configuration in Boron-Based Ti3C2 MXenes Electrocatalysts for Nitrogen Reduction Reaction

MXenes公司 催化作用 氮气 无机化学 还原(数学) 氧还原反应 化学 材料科学 纳米技术 物理化学 电化学 有机化学 电极 几何学 数学
作者
Ling Meng,Francesc Viñes,Francesc Illas
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (20): 15429-15443 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c03415
摘要

The performance of B-containing Ti3C2 MXenes as catalysts for the nitrogen reduction reaction (NRR) is scrutinized using density functional theory methods on realistic models and accounting for working conditions. The present models include substituted and adsorbed boron along with various mixed surface terminations, primarily comprising −O and −OH groups, while considering the competitive hydrogen evolution reaction (HER) as well. The results highlight that substituted and low-coordinate adsorbed boron atoms exhibit a very high N2 adsorption capability. For NRR, adsorbed B atoms yield lower limiting potentials, especially for surfaces with mixed −O/–OH surface groups, where the latter participate in the reaction lowering the hydrogenation reaction energy costs. The NRR does also benefit of having B adsorbed on the surface which on moderate −OH terminated model displays the lowest limiting potential of −0.83 V, competitive to reference Ru and to HER. The insights derived from this comprehensive study provide guidance in formulating effective MXene-based electrocatalysts for NRR.
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