Doping of the Mn vacancy of Mn2B2 with a single different transition metal atom as the dual-function electrocatalyst

过电位 电催化剂 析氧 分解水 空位缺陷 化学 催化作用 过渡金属 材料科学 无机化学 物理化学 结晶学 电化学 电极 有机化学 光催化
作者
Jing Xu,Yusheng Wang,Nahong Song,Shijun Luo,Bin Xu,Jing Zhang,Fei Wang
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (35): 20988-20997 被引量:10
标识
DOI:10.1039/d2cp02209e
摘要

The design of efficient electrocatalysts is essential to enhance the performance of rechargeable metal-air cells, renewable fuel cells and overall water splitting. Based on this, how to improve the catalytic activity of oxygen reduction reaction (ORR), oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) becomes self-evident. Currently, single atom catalysts (SACs) are widely used as structural design models for the OER, ORR and HER because of the single active site and maximum metal atom utilization, but significant challenges remain. Herein, the catalytic properties of the OER, ORR and HER with a single metal atom as the active site are discussed through first-principles calculations by introducing a single metal atom in the Mn vacancy of Mn2B2 (TM@Mn2B2, TM = Au, Ag, Co, Cd, Cu, Ir, Pd, Ni, Rh, Ru and Pt). The results show that Ni@Mn2B2 is suitable as a dual-function electrocatalyst for the OER/ORR with overpotentials of 0.38 V and 0.37 V, which are lower than those of the OER overpotential of RuO2/IrO2 (0.42 V/0.56 V) and the ORR overpotential of Pt (0.45 V). Meanwhile, Pt@Mn2B2 is available as an OER/HER dual-function electrocatalyst for overall water splitting with a lower overpotential of OER (0.45 V) and lower |ΔGH| (-0.15eV) under 1/4 hydrogen coverage for the HER. This work proposes a practical strategy for developing single metal atom doped MBene as a dual-function electrocatalyst.
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