MoS2-Supported Fe2 Clusters Catalyzing Nitrogen Reduction Reaction to Produce Ammonia

催化作用 过电位 化学 星团(航天器) 人口 金属 吸附 电化学 Atom(片上系统) 无机化学 邻接 结晶学 物理化学 电极 有机化学 嵌入式系统 人口学 社会学 程序设计语言 计算机科学
作者
Hongchao Zhang,Chaonan Cui,Zhixun Luo
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:124 (11): 6260-6266 被引量:86
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.0c00486
摘要

Synergistic interactions within metal clusters help to improve the catalytic activity of individual metal atoms and contribute to advance the understanding of mechanisms in multisite catalysis. Herein, the MoS2-supported Fe2 cluster was chosen as the catalyst for nitrogen reduction reaction (NRR) to produce ammonia. First-principles calculations reveal that the Fe2/MoS2 exhibits high catalytic activity for electrochemical NRR and sheds light on the enzymatic mechanism which bears a low overpotential of 0.21 V. Compared with a single Fe atom on MoS2, the presence of a vicinal Fe atom (i.e., Fe2/MoS2) enables side-on adsorption of N2, which is propitious to effective N–N bond activation. Whereas the Fe3/MoS2 catalyst, simply with one more Fe atom involved, reduces electron depletion among Fe atoms and hence represses N2 adsorption. The origin of reasonable NRR catalysis of Fe2/MoS2 is further unveiled by natural charge population and projected crystal orbital Hamilton population (pCOHP) analyses. This investigation provides an effective strategy for designing active catalysts with low cost and multisite synergy catalysis.
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