Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to Methane at Transition Metal-Doped 1T′-MX2 Monolayers

过电位 过渡金属 催化作用 电化学 二氧化碳电化学还原 无机化学 甲烷 选择性 氧化还原 单层 材料科学 金属 化学 纳米技术 物理化学 一氧化碳 电极 冶金 有机化学
作者
Yaoyao Linghu,Tianyue Tong,Chao Wu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:127 (31): 15035-15042 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.3c02034
摘要

Developing highly efficient catalysts for the electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) to valuable chemicals through a multi-electron reaction pathway remains a challenge, which usually faces the drawbacks of high overpotential and low selectivity. Here, we designed 1T′-MoSe2, -WS2, and -WSe2 (denoted as TM@MX2) catalysts doped with 75 kinds of transition metal (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, and Au) and investigated their CO2RR activity via first-principles screening. In our screening strategy, the stability, CO2 adsorption, activity, and selectivity were adopted for the indicators. Among the considered candidates, Ru@WS2 was selected as the optimal catalyst for deep CO2 reduction to methane with the limiting potential of −0.47 V. Particularly, we found that the introductions of transition metals generate completely different products from pristine VIB transition metal dichalcogenides during CO2RR. In addition, most TM@MX2 catalysts favor to form HCOOH whereas Ru@WS2, Mn@WS2, Cr@WS2, and Au@WSe2 prefer to generate CH4 as the final product. The present work will promote the explorations of VIB transition metal dichalcogenides in the area of reducing CO2 to CH4.
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