Computational identification of B substitutional doped C9N4 monolayer for electrocatalytic N2

过电位 单层 兴奋剂 石墨氮化碳 材料科学 催化作用 化学 电化学 物理化学 纳米技术 有机化学 电极 光电子学 光催化
作者
Jiajun Wang,Mengyao Shi,Guolin Yi,Jie Meng,Qunxiang Li
出处
期刊:Molecular Catalysis [Elsevier]
卷期号:511: 111726-111726 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.mcat.2021.111726
摘要

Abstract Developing high-performance electrocatalysts with low overpotential and high selectivity for nitrogen reduction reaction (NRR) is vital to the sustainable production of ammonia (NH 3 ) at mild conditions. Recently, various B interstitial doped porous graphitic carbon nitride have been identified as efficient electrocatalysts for NRR, while the B substitutional doping has been rarely explored. In this work, three B doped C 9 N 4 monolayers have been designed (B C , B N , and B i n t ), and their efficiencies toward NRR are evaluated by performing comprehensive first-principles calculations. Our results clearly reveal that N 2 can be sufficiently activated on the B N and B i n t monolayers due to the ”acceptance-donation” interaction, and prefers to be reduced to NH 3 via the alternating mechanism. Particularly, B N monolayer shows superior catalytic activity with a rather low overpotential of 0.12 V comparing to B i n t monolayer (0.56 V). Moreover, we find that this proposed B N monolayer has not only great thermal and dynamic stabilities but also excellent suppression effect on the competitive hydrogen evolution reaction. These theoretical findings suggest that B substitutional doping strategy might be another direction for the design of high-performance B-based NRR eletrocatalysts.
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