Regulating Efficient and Selective Single‐atom Catalysts for Electrocatalytic CO2 Reduction

催化作用 过渡金属 金属 碳纤维 密度泛函理论 Atom(片上系统) 化学 选择性 结晶学 无机化学 材料科学 计算化学 有机化学 复合数 计算机科学 复合材料 嵌入式系统
作者
Shuo Wang,Shao‐Yang Feng,Congcong Zhao,Tingting Zhao,Yu Tian,Li‐Kai Yan
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:24 (19): e202300397-e202300397
标识
DOI:10.1002/cphc.202300397
摘要

Anchoring transition metal (TM) atoms on suitable substrates to form single-atom catalysts (SACs) is a novel approach to constructing electrocatalysts. Graphdiyne with sp-sp2 hybridized carbon atoms and uniformly distributed pores have been considered as a potential carbon material for supporting metal atoms in a variety of catalytic processes. Herein, density functional theory (DFT) calculations were performed to study the single TM atom anchoring on graphdiyne (TM1 -GDY, TM=Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co and Cu) as the catalysts for CO2 reduction. After anchoring metal atoms on GDY, the catalytic activity of TM1 -GDY (TM=Mn, Co and Cu) for CO2 reduction reaction (CO2 RR) are significantly improved comparing with the pristine GDY. Among the studied TM1 -GDY, Cu1 -GDY shows excellent electrocatalytic activity for CO2 reduction for which the product is HCOOH and the limiting potential (UL ) is -0.16 V. Mn1 -GDY and Co1 -GDY exhibit superior catalytic selectivity for CO2 reduction to CH4 with UL of -0.62 and -0.34 V, respectively. The hydrogen evolution reaction (HER) by TM1 -GDY (TM=Mn, Co and Cu) occurs on carbon atoms, while the active sites of CO2 RR are the transition metal atoms . The present work is expected to provide a solid theoretical basis for CO2 conversion into valuable hydrocarbons.
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