Single-atom anchored on curved boron nitride fullerene surface as efficient electrocatalyst for carbon dioxide reduction

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作者
Zhiyi Liu,Aling Ma,Zhenzhen Wang,Zongpeng Ding,YuShan Pang,Guohong Fan,Hong Xu
出处
期刊:Molecular Catalysis [Elsevier]
卷期号:559: 114040-114040 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.mcat.2024.114040
摘要

Electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction (CO2RR) is currently one of the most promising methods for conversion of excessive CO2 emission. In this study, the electrocatalytic performance of transitional-metal atoms anchored on defective boron nitride fullerene of different size were systematically investigated by density functional theory study (TM= Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Zn, and Mo). The results showed Mn-B23N24 and Fe-B23N24 exhibited high activity and selectivity for CO2RR to CH4. Analysis of the high catalytic performance origin indicates the binding energy of *CO and *OH intermediates (Eb(*CO) and Eb(*OH)) can server as descriptors for the catalytic performance. The curvature effect of the boron nitride fullerene surface on the catalytic performance was analyzed by the so-called pyramidalization angle which shows TM-N3 center with the pyramidalization angle of about 26° exhibits the highest activity. The analysis of the coordination environment also reveals B defects are more favorable for regulating catalytic activity compared with N defects. Especially, compare with the Mn doped BN nanosheet, the limiting potential is significantly decreased from −0.64 V on the flat nanosheet to −0.25 V on TM doped B defective B24N24, highlighting the importance of the curvature effect on the CO2RR performance. This study demonstrated that metal-doped boron nitride fullerene with appropriate curvature is high potential to be efficient CO2RR catalysts, providing valuable insights for the rational design of CO2RR electrocatalysts with high-efficiency.
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