Solar-driven photocatalytic nitrogen fixation on transition metal-doped covalent organic frameworks: First-principles study

催化作用 共价有机骨架 光催化 过渡金属 氮气 材料科学 共价键 固氮 选择性 密度泛函理论 光化学 化学工程 化学 无机化学 纳米技术 有机化学 计算化学 工程类
作者
Wen-qing Hong,Zhimin Ao,Ying Xu
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:125 (9) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0223392
摘要

Designing highly efficient single-atom catalysts for converting nitrogen into ammonia under ambient temperature conditions holds significant importance. Current research predominantly focuses on electrocatalytic nitrogen fixation, but compared to that, photocatalytic nitrogen fixation requires only sunlight as an energy source, making it more environmentally friendly and cost-effective. Developing efficient nitrogen reduction reaction (NRR) photocatalysts presents a promising yet highly challenging task. Two-dimensional (2D) covalent organic frameworks (COFs) have garnered interest because of their elevated surface area and regular pore structure. This study employs density functional theory calculations to investigate the potential of NRR photocatalysts using the 2D COF TMT-TFPT-COF (TT-COF) supported with 18 different transition metal atoms (TM = Rh, Nb, Os, Mo, Ru, Pt, Ni, Co, V, Cu, Fe, Re, W, Cr, Ta, Mn, Pd, Ti). Through a four-step selection process, the most promising photocatalyst is identified. The results indicate that a single Re atom loaded onto TT-COF (Re@TT-COF) displays the optimal nitrogen fixation performance, demonstrating excellent catalytic activity and selectivity with a limiting potential of only −0.30 V. Furthermore, its good light absorption efficiency, suitable band edge position, and significant photo-generated electron potential enable spontaneous nitrogen fixation. Our study provides useful guidance for the rational design of COF-based NRR photocatalysts with high activity, stability, and selectivity.
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
爆米花应助蓝月采纳,获得10
1秒前
1秒前
陈冰发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
2秒前
2秒前
小猪坨完成签到,获得积分10
2秒前
甜美的笑珊应助librahapper采纳,获得10
3秒前
夜阑卧听发布了新的文献求助10
3秒前
荒野风完成签到,获得积分10
3秒前
ffang完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
慕青应助有点意思采纳,获得10
4秒前
田様应助0713采纳,获得10
4秒前
4秒前
夏天有空调哦完成签到,获得积分10
4秒前
rossliyi发布了新的文献求助10
5秒前
高高的亦丝完成签到,获得积分20
5秒前
科目三应助zwy1216采纳,获得10
5秒前
5秒前
高天雨发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
keke发布了新的文献求助10
6秒前
爆米花发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
6秒前
壮观手套发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
7秒前
7秒前
思源应助nav采纳,获得10
7秒前
辛未发布了新的文献求助10
8秒前
huhdcid发布了新的文献求助10
8秒前
我是老大应助hxw采纳,获得10
8秒前
zhaoM发布了新的文献求助10
8秒前
Star-XYX发布了新的文献求助10
8秒前
英俊的铭应助mong采纳,获得10
8秒前
王欣完成签到,获得积分10
9秒前
踏实的大地完成签到,获得积分10
9秒前
xu完成签到,获得积分10
10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
Handbook of pharmaceutical excipients, Ninth edition 5000
Aerospace Standards Index - 2026 ASIN2026 3000
Terrorism and Power in Russia: The Empire of (In)security and the Remaking of Politics 1000
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 6047182
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7825213
关于积分的说明 16255122
捐赠科研通 5192750
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2778443
邀请新用户注册赠送积分活动 1761666
关于科研通互助平台的介绍 1644290