Transition metal embedded graphynes as advanced bifunctional single atom catalysts for oxygen reduction and evolution reactions

双功能 催化作用 化学 析氧 过渡金属 密度泛函理论 贵金属 吸附 纳米技术 材料科学 物理化学 计算化学 有机化学 电化学 电极
作者
Shulong Li,Qi Li,Yutao Chen,Yong Zhao,Li‐Yong Gan
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:605: 154828-154828 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.154828
摘要

Noble metals are well-known to be highly efficient for oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). However, their scarcity and high price have severely hampered their large-scale commercial applications. In this work, with the aid of density functional theory calculations we systematically screened 26 types of transition metal atom embedded γ-graphyne monolayer (TM-GY) as potential effective and cheap single functional and bifunctional single-atom catalysts (SACs) for ORR/OER. The catalytic activity of ORR/OER can be expressed by a single descriptor of the adsorption free energy of the OH intermediate. Our research shows that Fe, Ir, Co, Rh, Cu, Ni, Pd and Pt-GY are potential single-functional and bifunctional SACs candidates for ORR or/and OER. Specifically, Co-GY was found to be the optimal bifunctional SAC for ORR and OER. A three-step strategy for screening bifunctional SACs was put forward: (i) non-radioactive/toxic element, (ii) single-function SACs and (iii) bifunctional SACs.

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