Activating dual atomic electrocatalysts for the nitric oxide reduction reaction through the P/S element

催化作用 原子轨道 材料科学 电催化剂 原子单位 单独一对 选择性 单层 过渡金属 氧化物 纳米技术 化学物理 电子 化学 冶金 物理 电化学 物理化学 分子 有机化学 量子力学 电极 生物化学
作者
Yanmei Zang,Qian Wu,Shuhua Wang,Baibiao Huang,Ying Dai,Yandong Ma
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
卷期号:10 (6): 2160-2168 被引量:30
标识
DOI:10.1039/d2mh01440h
摘要

The development of efficient atomic electrocatalysts to resolve the activity and selectivity issues of the nitric oxide reduction reaction (NORR) has increasingly received more attention but is still challenging. The current research on the dual atomic NORR electrocatalyst is exclusively focused on TM atoms. Herein, we propose a novel mechanism of introducing a P/S element, which takes advantage of finite orbitals to active the transition metal (TM) atoms of dual atomic electrocatalysts for NORR. The finite orbitals can hinder the capture of the lone pair electrons of NO but modulate the electronic configurations of the neighboring TM and thus the "donation-backdonation" mechanism can be realized. Through large-scale first-principles calculations, the catalytic performance of a series of P/S-TM biatoms supported by the monolayer CN (P/S-TM@CN) is evaluated. According to a "four-step" screening strategy, P-Cu@CN and S-Ni@CN are successfully screened as promising catalysts with outstanding activity and high selectivity for direct NO-to-NH3 conversion. Moreover, we identify Δεd-p as a valid descriptor to evaluate the adsorption of NO on such catalysts, allowing for reducing the number of catalytic candidates. Our work thus provides a new direction for the rational design of dual atomic electrocatalysts.
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