Single-metal-atom site with high-spin state embedded in defective BN nanosheet promotes electrocatalytic nitrogen reduction

纳米片 自旋态 催化作用 密度泛函理论 活动站点 过渡金属 选择性 化学 基质(水族馆) Atom(片上系统) 自旋(空气动力学) 化学物理 材料科学 纳米技术 计算化学 无机化学 物理 有机化学 热力学 计算机科学 嵌入式系统 海洋学 地质学
作者
Cong Fang,Wei An
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:14 (11): 4211-4219 被引量:75
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3373-4
摘要

Single-atom catalysts (SACs) especially supported on two-dimensional nitrogen-doped carbon substrate have been widely reported to be able to effectively promote electrocatalytic N2 reduction reaction (eNRR). The precise design of single-metal-atom active site (SMAS) calls for fundamental understanding of its working mechanism for enhanced eNRR performance. Herein, by means of density functional theory calculations, we theoretically investigate the eNRR performance of nine prototypical SMAS, namely, MN2B2 (M: transition metals of IIIB, IVB and VB groups) which comprises of asymmetric ligands of N2B2 embedded in defective BN nanosheet. Our results reveal the significant role of spin state of SMAS in tuning the potential-determining steps of eNRR, in which MN2B2 site with higher spin magnetic moment (μ) is beneficial to reducing limiting potentials (UL) of eNRR. Specially, CrN2B2 (μ = 4μB), VN2B2 (μ = 3μB) and MoN2B2 (μ = 2μB) demonstrate high activity and selectivity to eNRR. The asymmetric ligands of N2B2 are deemed to be superior over mono-symmetric ligands. More importantly, our results demonstrate that breaking (or deviating) of the scaling relations between key N-containing intermediates (*N2H/*N2 and *NH2/*N2) on MN2B2 can be realized by enhancing spin state of SMAS which renders the active site a balanced N-affinity critical for efficient eNRR. This observation is validated by the calculated Sabatier volcano-shape relation between eNRR limiting potentials and N2 adsorption energy. Our study develops the guidance for catalyst design to boost eNRR performance by tuning the spin state of an active site.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
小元同学完成签到,获得积分10
刚刚
北风完成签到 ,获得积分10
1秒前
阿网发布了新的文献求助10
1秒前
milkmore发布了新的文献求助10
1秒前
牧心24完成签到,获得积分10
2秒前
4秒前
4秒前
4秒前
5秒前
5秒前
十元一斤完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
在水一方应助小巧怀薇采纳,获得10
10秒前
10秒前
落后导师应助忐忑的红酒采纳,获得10
10秒前
布二发布了新的文献求助30
10秒前
搜集达人应助lxkx采纳,获得10
10秒前
10秒前
占成败发布了新的文献求助10
10秒前
111完成签到,获得积分10
10秒前
田様应助研友_LmeK4L采纳,获得20
10秒前
11秒前
joyidyll发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
yuHS完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
13秒前
孤海未蓝发布了新的文献求助10
13秒前
guy发布了新的文献求助10
14秒前
从容以山发布了新的文献求助10
14秒前
缓慢的书蝶完成签到,获得积分10
14秒前
香蕉觅云应助una采纳,获得10
15秒前
15秒前
15秒前
SunK1876完成签到,获得积分10
16秒前
地瓜叶发布了新的文献求助10
16秒前
OKAY完成签到,获得积分0
16秒前
阿杜完成签到,获得积分10
17秒前
joyidyll完成签到,获得积分10
18秒前
高分求助中
The world according to Garb 600
Разработка метода ускоренного контроля качества электрохромных устройств 500
Mass producing individuality 500
Chinesen in Europa – Europäer in China: Journalisten, Spione, Studenten 500
Arthur Ewert: A Life for the Comintern 500
China's Relations With Japan 1945-83: The Role of Liao Chengzhi // Kurt Werner Radtke 500
Two Years in Peking 1965-1966: Book 1: Living and Teaching in Mao's China // Reginald Hunt 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3821306
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3364005
关于积分的说明 10426992
捐赠科研通 3082521
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1695671
邀请新用户注册赠送积分活动 815216
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 769050