Dual-atom active sites embedded in two-dimensional C2N for efficient CO2 electroreduction: A computational study

异核分子 催化作用 氧化还原 化学 密度泛函理论 Atom(片上系统) 组合化学 计算化学 立体化学 无机化学 计算机科学 核磁共振波谱 有机化学 嵌入式系统
作者
Haimei Liu,Qingliang Huang,Wei An,Yuanqiang Wang,Yongfeng Men,Shuang Liu
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:61: 507-516 被引量:76
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2021.02.007
摘要

Double-atom catalysts (DACs) have emerged as an enhanced platform of single-atom catalyst for promoting electrocatalytic CO2 reduction reaction (CO2RR). Herein, we present a density-functional theory study on CO2RR performance of seven C2N-supported homo- and heteronuclear DACs, denoted as M2@C2N. Our results demonstrate that there exists substantial synergistic effect of dual-metal-atom N2M2N2 active site and C2N matrix on OCO bond activation. The dual-atom M2 sites are able to drive CO2RR beyond C1 products with low limiting potential (UL). Specifically, C2H4 formation is preferred on [email protected]2N (M = Fe, Co, Ni, Cu) versus CH4 formation on [email protected]2N (M = Co, Ni, Cu). Furthermore, *CO+*CO co-binding strength can serve as a descriptor for CO2RR activity for making C2 products such that the moderate binding results in the lowest UL. Remarkably, C-affinity matters most to CC bond coupling and C2H4 formation while both C- and O-affinity control CH4 formation. Our results provide theoretical insight into rational design of DACs for efficient CO2RR.
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