Computational design of one FeCoNiCuZn high-entropy alloy for high-performance electrocatalytic nitrate reduction

过电位 合金 电催化剂 密度泛函理论 硝酸盐 材料科学 催化作用 无机化学 化学工程 化学 冶金 计算化学 物理化学 电化学 有机化学 电极 生物化学 工程类
作者
Yifan Yu,Wei Zhang,Qiaojun Fang,Xuelong Zhang,Shuang-te Zhao,Wen‐Xian Chen,Gui‐Lin Zhuang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:626: 157246-157246 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.157246
摘要

The electrocatalytic nitrate reduction to ammonia (eNRA) is a promising solution for addressing nitrate pollution while also enabling efficient ammonia synthesis and resource utilization. In this study, we employ a combination of first-principle density functional theory (DFT) calculation and Monte Carlo simulation to investigate the feasibility of eNRA on different crystal planes of FeCoNiCuZn high-entropy alloy (HEA). Our computational results demonstrate that the (1 0 0) crystal plane of FeCoNiCuZn HEA exhibits excellent catalytic activity for eNRA, characterized by an ultra-low overpotential of 0.22 V and a kinetical barrier of 0.954 eV. Moreover, the HEA also demonstrates exceptional selectivity (99.9 %), which suppresses secondary reactions (HER). Through a thorough analysis of the electronic structure, we identify that the electrocatalytic activity of HEA is primarily attributed to the position of the d-band center. This work not only presents a high-performance electrocatalyst candidate for eNRA but also expands the research scope of HEAs.
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