Design of single-atom catalysts on S-functionalized Mxenes for enhanced activity and selectivity in N2 electroreduction

MXenes公司 催化作用 选择性 密度泛函理论 氧化还原 电化学 化学 材料科学 吸附 组合化学 纳米技术 无机化学 计算化学 物理化学 电极 有机化学
作者
Bin Huang,Jing Yang,Guangyuan Ren,Yong Qian,Yong‐Wei Zhang
出处
期刊:Applied Catalysis A-general [Elsevier]
卷期号:646: 118886-118886 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.apcata.2022.118886
摘要

Design of high-performance catalysts is one of the key research focuses in electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR). Single atom catalysts (SACs) hosted by a suitable template can be a potential candidate for NRR. Recently, two-dimensional (2D) S-functionalized Ti2C (Ti2CS2) and Nb2C (Nb2CS2) MXenes have been successfully synthesized. Here, we screen 18 different single metal atoms on these S-functionalized MXenes by examining their NRR activity and selectivity using the state-of-the-art density functional theory calculations. The calculated free energy change between the first H+/e− pair reduction step and the last H+/e− pair reduction step suggests that Mo@MXene, Nb@MXene and V@MXene are the suitable candidates. The calculation results further reveal that V and Nb on Ti2CS2 and Nb2CS2 weaken the *N adsorption, leading to an enhanced performance in NRR. Our analyses on the electronic properties, structural stability as well as HER indicate that Mo@Nb2CS2 system overall is a highly promising NRR catalyst. The present work provides an interesting route to design SACs based on the S-functionalized MXenes.
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