Bimetallic doped graphite carbon nitride electrocatalyst for efficient urea synthesis

电催化剂 双金属片 材料科学 吸附 尿素 氧化还原 化学 电化学 无机化学 电极 催化作用 有机化学 物理化学
作者
Jirui Du,Haohao Wang,Caiwei Yue,Irfan Ali Soomro,Min Pu,Ming Lei
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:658: 159854-159854 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2024.159854
摘要

Urea is an important nitrogen fertilizer and chemical raw material. Nowadays, searching for a harmless direct urea synthesis catalyst to electrochemically co-reduce N2 and CO2 gas for green urea synthesis under environmental conditions and avoiding the traditional ammonia synthesis pathway is a challenging research area. Here, a density functional theory (DFT) study was performed to investigate the catalytic activity of bimetallic doped graphite carbon nitride electrocatalysts (M2@g-C6N6, M = Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W) for the urea synthesis by reducing N2 and CO2 (NCR). The preference of CO2 adsorption and the co-adsorption of CO and N2, which then the key intermediate *NCON is generated through the C-N coupling process. Three possible limiting steps are revealed, then the surface oxidation or hydroxylation and the competitive side reactions of NRR and HER were compared. The calculated results indicate that Ta2@g-C6N6 could be one of most promising catalysts for electrocatalytic NCR activity with limiting potentials of −1.01 V, which could effectively restrict surface oxidation or hydroxylation and suppress the competitive side reactions of the nitrogen reduction reaction (NRR) and hydrogen evolution reaction (HER).
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