Theoretical studies of non-noble metal single-atom catalyst Ni1/MoS2: Electronic structure and electrocatalytic CO2 reduction

催化作用 密度泛函理论 离子键合 共价键 金属 Atom(片上系统) 氧化还原 电子定域函数 化学 电子结构 分子中的原子 贵金属 氧化态 化学键 结晶学 分子 材料科学 化学物理 计算化学 无机化学 电子 离子 有机化学 嵌入式系统 物理 量子力学 计算机科学
作者
Qi Yu
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Nature]
卷期号:66 (3): 1079-1088 被引量:46
标识
DOI:10.1007/s40843-022-2222-6
摘要

Single-atom catalysts (SACs) have aroused significant interest in heterogeneous catalysis in recent years because of their high catalytic selectivity and tunable activity in various chemical reactions. Herein, non-noble metal SACs with 3d-series metal single atoms (M1) (M = Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) supported on MoS2 are computationally screened by using first-principles quantum-chemical theory. The Ni1/MoS2 catalyst is found to be the most stable among those 3d-series SACs due to the optimal binding energy. In order to provide a fundamental understanding of the intrinsic stability and bonding interaction between the metal single atoms and MoS2 support, the electronic structure, including the spin density populations, charge density difference (CDD), electron localization function (ELF), band structure, density of states (DOS), and crystal orbital Hamiltonian populations (COHP) are systematically examined. The solid-state quantum theory of atoms in molecules (QTAIM) is also applied to further characterize the Ni—S and Mo—S covalent and ionic bonding nature between the metal single atoms and support. It is found that in addition to Ni—S bonding, there exists significant Ni—Mo bonding that is critical for the electronic structure, stability, and catalytic properties of Ni1/MoS2 catalyst. As a typical application of this Ni1/MoS2 catalyst, the electrocatalytic mechanism and reaction pathway of CO2 reduction reaction (CO2RR) on Ni1/MoS2 catalyst have been investigated. The MoS2-supported Ni single atoms are found to exhibit high catalytic activity for CO2RR to methanol. The calculational results provide theoretical insights towards the design of highly efficient SACs on MoS2-based functional materials.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
SZW完成签到,获得积分10
刚刚
学物理的平应助镜中月采纳,获得10
刚刚
刚刚
没有鱼发布了新的文献求助10
1秒前
刘小蕊发布了新的文献求助10
1秒前
义气平卉发布了新的文献求助10
1秒前
科研通AI6.1应助小小酥采纳,获得10
2秒前
2秒前
2秒前
3秒前
feiying88发布了新的文献求助10
4秒前
爆米花应助伶俐怀亦采纳,获得10
4秒前
若知完成签到,获得积分20
5秒前
清秀映秋发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
6秒前
6秒前
saudade完成签到,获得积分10
7秒前
luoshi94完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
朱子怡发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
要减肥的牛马完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
9秒前
科研狗应助angelacici采纳,获得30
10秒前
高兴莆完成签到,获得积分10
10秒前
wanci应助feiying88采纳,获得10
10秒前
端庄从凝发布了新的文献求助10
11秒前
风中黎昕发布了新的文献求助10
11秒前
昆昆昆昆困了完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
科研狗应助关键词采纳,获得30
13秒前
13秒前
13秒前
Wy发布了新的文献求助10
14秒前
疯狂的慕灵完成签到 ,获得积分10
14秒前
科研通AI6.2应助Lynne采纳,获得20
14秒前
14秒前
科研通AI6.1应助王cc采纳,获得10
14秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Modern Epidemiology, Fourth Edition 5000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
Weaponeering, Fourth Edition – Two Volume SET 2000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Discrete-Time Signals and Systems 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 物理化学 电极 冶金 遗传学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6024222
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7655056
关于积分的说明 16175614
捐赠科研通 5172608
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2767655
邀请新用户注册赠送积分活动 1751115
关于科研通互助平台的介绍 1637425