The reduction mechanism of C1 product from carbon dioxide catalyzed by Ni-doped g-C3N4

催化作用 机制(生物学) 二氧化碳 还原(数学) 兴奋剂 化学 二氧化碳电化学还原 产品(数学) 材料科学 有机化学 物理 数学 一氧化碳 光电子学 几何学 量子力学
作者
Shuwei Zhang,Huining Feng,Chenyu Li,Xindi Cao,Hui Li,Yang Wu
出处
期刊:Molecular Catalysis [Elsevier]
卷期号:559: 114064-114064 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.mcat.2024.114064
摘要

This work employs density functional theory (DFT) to scrutinize the catalytic efficacy of nano nickel (Ni) clusters supported by graphitic carbon nitride (Nin@g-C3N4, where n ranges from 1 to 6) in the context of the CO2 reduction reaction (CO2RR). Structural examination revealed that Nin@g-C3N4 possesses a substantial binding energy (-1.63 eV to -7.72 eV), confirming the structural stability of the catalyst in the CO2RR. Electronic structure analysis revealed a pronounced orbital overlap near the Fermi level between the 3d orbital of Ni atoms and the 2p orbital of adjacent cavity nitrogen atoms in Nin@g-C3N4. Further insights are gleaned from the calculations of the Bader charge and energy band, indicating significant charge transfer and band gap alteration, suggesting enhanced conductivity due to Ni doping on g-C3N4. The catalytic performance in the CO2RR is predominantly influenced by the size of the doped Ni clusters. The Ni4@g-C3N4 cluster demonstrated optimal efficiency in producing formic acid (HCOOH) with a limiting potential of -0.12 V. In contrast, the Ni5@g-C3N4 cluster excels in methane (CH4) formation, with a limiting potential of -0.35 V. Additionally, these catalysts exhibit marked inhibition of the hydrogen evolution reaction, further underscoring their potential in CO2RR applications.
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