Modeling the Potential-Dependent Kinetics of CO2 Electroreduction on Single-Nickel Atom Catalysts with Explicit Solvation

催化作用 溶剂化 动力学 石墨烯 化学 电化学 电极电位 氧化还原 从头算 化学物理 物理化学 无机化学 材料科学 电极 纳米技术 分子 有机化学 物理 量子力学
作者
Hongyan Zhao,Hao Cao,Zisheng Zhang,Yang‐Gang Wang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (18): 11380-11390 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c02383
摘要

Single-metal atom catalysts in nitrogen-doped graphene supports have attracted growing attention as state-of-the-art CO2 reduction reaction (CO2RR) electrocatalysts. Nevertheless, theoretical explorations on such systems remain immensely insufficient owing to the complexity in realistic modeling of the solid/liquid interface and the lack of understanding of the potential dependence of the reaction mechanisms and the catalytic nature of active sites. In this work, we develop a methodology of Langmuir adsorption model-derived potential-dependent kinetics (LPD-K) to probe the potential-dependent kinetics of the CO2RR on single-atom electrocatalysts. Using this LPD-K method, we show how to predict the potential-dependent chemistry using a specific example, single-nickel atom nitrogen–graphene catalysts (NiNnC4–n@Gra, n = 1–4). We investigate the reaction mechanisms and energetics at the electrochemical interface using ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations with fully explicit solvation, in conjunction with thermodynamic integration methods and electrode potential analysis. The effect of the applied electrode potential on the free energetics of the CO2RR on NiNnC4–n@Gra is comprehensively discussed. It is suggested that both reaction energies and barriers for CO2 adsorption and further protonation are approximately linearly correlated with the applied electrode potentials but the slopes are distinctly deviated from 1 eV per volt. Based on the correlations of potential-dependent free energetics and the proposed kinetic model, we predict the onset potentials of the CO2RR under both basic and acidic conditions, which are comparable with the experimental observations. In addition, our findings reveal the structural impact of the catalytic activity of a single-Ni atom catalyst with different coordination environments. In a broad sense, probing the structural origin and thermodynamic CO2RR analysis could inspire the rational design of efficient MNC@Gra-based CO2RR catalysts.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

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
安平发布了新的文献求助10
1秒前
冯紫淇完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
ddd完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
3秒前
Orange应助nono采纳,获得10
3秒前
3秒前
5秒前
CHBW发布了新的文献求助10
5秒前
鱼鱼完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
王梦发布了新的文献求助10
6秒前
tianyi完成签到,获得积分20
7秒前
无聊水煮鱼完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
hahahahahe发布了新的文献求助200
8秒前
斯文败类应助阿哲采纳,获得10
9秒前
tianyi发布了新的文献求助10
10秒前
一一发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
XDF完成签到 ,获得积分10
12秒前
刘晓海完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
Owen应助上杉绘梨衣采纳,获得10
12秒前
缓慢沁完成签到,获得积分10
13秒前
悦耳虔纹发布了新的文献求助10
13秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
15秒前
tian发布了新的文献求助10
16秒前
16秒前
云小澈完成签到,获得积分10
17秒前
柏忆南完成签到 ,获得积分10
17秒前
丘比特应助无聊水煮鱼采纳,获得10
19秒前
nono发布了新的文献求助10
19秒前
打打应助kk采纳,获得10
20秒前
科目三应助flysky120采纳,获得10
21秒前
浮游应助zyjsunye采纳,获得10
23秒前
24秒前
针地很不戳完成签到,获得积分10
25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
《微型计算机》杂志2006年增刊 1600
Symbiosis: A Very Short Introduction 1500
Einführung in die Rechtsphilosophie und Rechtstheorie der Gegenwart 1500
Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Edition 1000
Air Transportation A Global Management Perspective 9th Edition 700
Letters from Rewi Alley to Ida Pruitt, 1954-1964, vol. 1 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4967242
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4225288
关于积分的说明 13158632
捐赠科研通 4011895
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2195351
邀请新用户注册赠送积分活动 1208788
关于科研通互助平台的介绍 1122525