A Readily Achieved Potentiostatic Method in Density Functional Theory Calculation for Improved Prediction of the Performance for Electrocatalytic Nitrogen Reduction Reaction

密度泛函理论 溶剂化 电催化剂 催化作用 化学 可逆氢电极 电极 隐溶剂化 分子 计算化学 化学物理 材料科学 电化学 物理化学 参比电极 生物化学 有机化学
作者
Guangtong Hai,Haihui Wang
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:7 (11) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smtd.202300756
摘要

Accurate prediction of the catalytic performance of nitrogen reduction reaction catalysts based on density functional theory (DFT) calculation is of great significance for developing catalytic materials for nitrogen fixation. However, the applied electrode potential induced the fixation of Fermi level and solvation effect are commonly ignored in the current computational hydrogen electrode method, which leads to the large deviation between the calculation predicted limit potential and the experimentally measured limit potential. In this work, the simple external iteration method is proposed to simulate the Fermi level of the catalysts that are fixed by the applied electrode potential, along with the hybrid solvent model to describe the strong interaction, such as hydrogen bond, between the solvent molecules and the intermediates. This method allowed the theoretical and experimental limit potentials to be in good agreement, indicating the significant effect of the electrode potential and solvation in the DFT calculation. These results will guide the calculation-based prediction of other reaction systems in the field of electrocatalysis.

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