Breaking the linear scaling relations in MXene catalysts for efficient CO2 reduction

MXenes公司 催化作用 过渡金属 化学 缩放比例 吉布斯自由能 吸附 从头算 氧化还原 化学物理 电催化剂 材料科学 计算化学 物理化学 热力学 无机化学 电化学 物理 有机化学 几何学 数学 电极
作者
Ying Li,Yunpeng Chen,Zhonglu Guo,Chengchun Tang,Baisheng Sa,Naihua Miao,Jian Zhou,Zhimei Sun
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:429: 132171-132171 被引量:68
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.132171
摘要

Electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction (CO2RR) toward value-added fuels has attracted increasing attention in carbon-neutral and energy-production fields, but the catalytic efficiency is seriously hindered by the robust linear scaling relations between adsorption energies of intermediates. Herein, we have extensively investigated the effect of a series of group ⅣB, ⅤB, and ⅥB transition metal (TM) atoms substitution for middle Mo in Mo3C2 MXene on the catalytic performance of CO2RR. Our results suggest that the captured CO2 can be selectively reduced to methane (CH4) on both Mo3C2 and Mo2TMC2 bimetal MXenes. We highlight that TM substitution can significantly reduce the limiting potential (UL) of CO2RR from −0.651 V (Mo3C2) to −0.350 V (Mo2TiC2) by decreasing the Gibbs energy difference of rate-determining step (OCH2O* + H++e-= HOCH2O*). The modulation mechanism is illuminated that TM substitution in Mo3C2 MXene gives rise to the upshift of d-band center of Mo atoms, which selectively tunes the adsorption strength of OCH2O* and HOCH2O*, resulting in breaking their linear scaling relations. Further analyses on electron localization function (ELF) visualize the TM substitution induced stronger surface localization lone electrons, which endows the surface Mo with promoted chemical activity. The dynamical stability of Mo2TiC2 has been well verified by phonon dispersion curves and ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations, suggesting the robust stability of Mo2TiC2 as an electrocatalyst for CO2RR. Our findings pave the way of MXenes for CO2 capture and pioneer the application of Mo2TiC2 as a novel and efficient catalyst for CO2 to CH4.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
xxk应助hsialy采纳,获得10
刚刚
勇哥你好发布了新的文献求助10
2秒前
JamesPei应助追寻芮采纳,获得10
2秒前
Thi发布了新的文献求助10
3秒前
阔达宛凝完成签到,获得积分10
3秒前
cy完成签到,获得积分20
4秒前
李健应助何时采纳,获得10
4秒前
4秒前
Esfuerzo完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
zhanglh发布了新的文献求助30
6秒前
6秒前
6秒前
情怀应助st采纳,获得10
7秒前
抹香鲸发布了新的文献求助30
7秒前
8秒前
Orange应助勇哥你好采纳,获得10
8秒前
lilili完成签到,获得积分20
8秒前
风中铃发布了新的文献求助10
10秒前
Jared应助王一一采纳,获得10
10秒前
lilili发布了新的文献求助10
10秒前
FashionBoy应助冷傲的从雪采纳,获得10
11秒前
奶冻发布了新的文献求助10
11秒前
Tsqll发布了新的文献求助10
12秒前
han发布了新的文献求助10
13秒前
14秒前
HZY完成签到,获得积分10
19秒前
777发布了新的文献求助10
19秒前
抹香鲸完成签到,获得积分20
20秒前
Vivian薇薇安完成签到,获得积分10
20秒前
CipherSage应助韩霖采纳,获得10
21秒前
赘婿应助1023采纳,获得10
21秒前
得之我幸完成签到,获得积分10
21秒前
123完成签到 ,获得积分10
22秒前
Orange应助梵高的向日葵采纳,获得10
23秒前
八月发布了新的文献求助20
23秒前
24秒前
lavender发布了新的文献求助10
24秒前
26秒前
26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
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1621
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] | NHBS Field Guides & Natural History 1500
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 1000
Brittle fracture in welded ships 1000
Metagames: Games about Games 700
Laryngeal Mask Anesthesia: Principles and Practice. 2nd ed 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5571900
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4657057
关于积分的说明 14719219
捐赠科研通 4597883
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2523461
邀请新用户注册赠送积分活动 1494260
关于科研通互助平台的介绍 1464374