Computational design of bimetallic TM2@g-C9N4 electrocatalysts for enhanced CO reduction toward C2 products

双金属片 催化作用 法拉第效率 选择性 电化学 化学 限制 单层 密度泛函理论 电催化剂 纳米技术 组合化学 过渡金属 化学物理 材料科学 计算化学 物理化学 电极 有机化学 机械工程 工程类
作者
Jiajun Wang,Guolin Yi,Shengling Guo,Jianing Wang,Shujuan Li,Ke Xu,Weiyi Wang,Shulai Lei
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier]
卷期号:35 (7): 109050-109050 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2023.109050
摘要

Electrochemical CO reduction (ECOR) as a potential strategy for producing valuable chemicals and fuels has captured substantial attention. However, the currently available electrocatalysts suffer from poor selectivity and low Faradaic efficiency, limiting their industrial application. Herein, we systematically investigate the potential of homonuclear bimetallic electrocatalysts, TM2@C9N4 (TM = Fe, Co, Ni, and Cu), for the ECOR through extensive density functional theory calculations. Our findings suggest that all four proposed monolayers exhibit exceptional stability, making them highly suitable for experimental synthesis and practical applications. Interestingly, these transition-metal dual atoms anchored on C9N4 monolayers show great potential in facilitating the production of high-value C2 products, such as C2H5OH and C2H4, due to the significantly low limiting potentials (-0.06∼-0.46 V) and small kinetic energy barriers (0.54-1.08 eV) for the CO coupling process. Moreover, with the exception of Ni2@C9N4, these bimetallic catalysts demonstrate the impressive suppression of the competitive hydrogen evolution reaction (HER), leading to a high selectivity for C2 products in ECOR. Our predictions would accelerate the development of high-performance C9N4-based dual-atom catalysts for the ECOR.
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