Rational Modulation of Single Atom Coordination Microenvironments in a BCN Monolayer for Multifunctional Electrocatalysis

电催化剂 单层 电化学 材料科学 纳米技术 调制(音乐) Atom(片上系统) 合理设计 结晶学 化学 电极 计算机科学 物理化学 物理 声学 嵌入式系统
作者
Tianwei He,Youchao Kong,Tong Zhou,Jin Zhang,Alain R. Puente Santiago,Aijun Du,Rafael Luque,Qingju Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (42) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/smll.202302429
摘要

Abstract Single‐atom (SA) catalysts (SACs) have demonstrated outstanding catalytic performances toward plenty of relevant electrochemical reactions. Nevertheless, controlling the coordination microenvironment of catalytically active SAs to further enhance their catalytic oerformences has remained elusive up to now. Herein, a systematic investigation of 20 transition metal atoms that are coordinated with 20 different microenvironments in a boroncarbon‐nitride monolayer (BCN) is conducted using high‐throughput density functional theory calculations. The experimentally synthesized ternary BCN monolayer contains carbon, nitrogen, and boron atoms in its 2D network, thus providing a lot of new coordination environments than those of the current C x N y nanoplatforms. By exploring the structural/electrochemical stability, catalytic activity, selectivity, and electronic properties of 400 (20 × 20) TM‐BCN moieties, it is discovered that specific SA coordination environments can achieve superior stability and selectivity for different electrocatalytic reactions. Moreover, a universal descriptor to accelerate the experimental process toward the synthesis of BCN‐SACs is reported. These findings not only provide useful guidance for the synthesis of efficient multifunctional BCN‐SACs but also will immediately benefit researchers by levering up their understanding of the mechanistic effects of SA coordination microenvironments on electrocatalytic reactions.
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