Nitrogen Reduction Reaction: Heteronuclear Double‐Atom Electrocatalysts

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作者
Yuanzhe Wang,Jing Wang,Heen Li,Yaguang Li,Junkai Li,Kuo Wei,Fei Peng,Faming Gao
出处
期刊:Small structures [Wiley]
卷期号:4 (4) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/sstr.202200306
摘要

Heteronuclear dual‐site catalysts (HDACs), inspired from single‐atom catalyst, have been proposed as advanced alternatives of noble metal catalyst, especially toward nitrogen reduction reaction (NRR). However, the search for favorable candidates with both promising NH 3 yield and noble Faradaic efficiency is still challenging, due to limited experimentally available bi‐metal pairs and lack of thorough understanding of the design criteria. Herein, by theoretical screening of a family of M/Fe combinations (M = Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, and Ni), atomically dispersed binary V/Fe architecture anchored on nitrogen‐doped carbon matrix (VFe/NC) is proposed with a small limiting potential (0.39 V) and high selectivity over the hydrogen evolution reaction (HER). Owing to a perfect matching with N 2 antibonding state, V 3 d z 2 orbitals, “push” electrons into adsorbed N 2 antibonding stats and simultaneously Fe 3 d yz “pull” extra electrons back. Benefiting from the synergistic effect from the dual‐active sites, an outstanding NH 3 yield of 73.44 μg h −1 mg cat −1 (8070.32 μg h −1 mg VFe −1 ) and an excellent Faradaic efficiency of 43% are achieved, overwhelming literature‐reported atomic‐level catalysts. This study promotes the development of HDACs that are capable of high yield rate accompanied with high Faradaic efficiency.
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