Efficient electrochemical CO2 reduction on C2N monolayer supported transition metals trimer catalysts: A DFT study

催化作用 密度泛函理论 单层 三聚体 化学 过渡金属 吸附 电化学 选择性 无机化学 光化学 计算化学 物理化学 有机化学 二聚体 电极 生物化学
作者
Wenying Zha,Diwen Liu,Zuju Ma,Yizhang Wang,Yiongcong Wei,Xiongfong Ma,Lele Wang,Qiqi Zhang,Benyong Lou,Rusheng Yuan,Xianzhi Fu,Rongjian Sa
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:564: 150331-150331 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2021.150331
摘要

The capture and catalytic conversion of CO2 into value-added chemicals is a promising and sustainable approach to resolve the increasingly severe global warming and energy crisis. However, the catalytic efficiency for CO2 reduction is seriously restricted by the free energy changes of the intermediate reaction. Herein, using density functional theory (DFT), the electrocatalytic CO2 reduction reaction (CRR) was applied towards making C1 products (CO, HCOOH, CH3OH, HCHO, and CH4) on monolayer C2N frameworks with M3 (M = Fe, Co, Ni, Cu) metal clusters introduction. Analyses of the adsorption configurations and electronic structures suggested that CO2 could be chemically adsorbed on Fe3@C2N, Co3@C2N, Ni3@C2N and Cu3@C2N. The H2 evolution reaction (HER), as a suppression of CRR, was investigated, and results showed that the CRR selectivity of Fe3@C2N, Co3@C2N, Ni3@C2N and Cu3@C2N is higher than that of HER. The CRR reaction produces different C1 products in different reaction paths due to proton transfer on Fe3@C2N, Co3@C2N, Ni3@C2N and Cu3@C2N. Free energy profiles demonstrate that Cu3@C2N and Co3@C2N were identified to be effective in catalyzing CRR with lowered overpotentials (0.51 V-0.67 V).
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