Boosting Electrocatalytic Reduction of CO2 to HCOOH on Ni Single Atom Anchored WTe2 Monolayer

单层 材料科学 催化作用 密度泛函理论 甲酸 可逆氢电极 范德瓦尔斯力 无机化学 纳米技术 物理化学 电化学 化学 电极 计算化学 有机化学 分子 工作电极
作者
Yuefeng Zhang,Ruijie Yang,Hao Li,Zhiyuan Zeng
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:18 (44): e2203759-e2203759 被引量:72
标识
DOI:10.1002/smll.202203759
摘要

Achieving efficient conversion of carbon dioxide (CO2 ) to formic acid (HCOOH) at mild conditions is a promising means to reduce greenhouse gas emission and mitigate the energy crisis. Herein, spin-polarized density functional theory calculations with van der Waals corrections (DFT+D3) are performed to analyze the catalytic activity of seven metals (Ti, Fe, Ni, Cu, Zn, In, and Sn) anchored on a tungsten ditelluride monolayer (M@WTe2 ) and screen favorable CO2 reduction pathways. These results demonstrate that Ni single atoms strongly bind to the WTe2 monolayer and exist in isolated form due to the high diffusion barriers. Also, Ni-anchored WTe2 monolayer (Ni@WTe2 ) possesses a considerably low limiting-potential (-0.11 V vs reversible hydrogen electrode) to convert CO2 to HCOOH due to moderate OCHO adsorption energy and a suppressed competing hydrogen evolution reaction (HER). Therefore, Ni@WTe2 monolayer is a promising electrocatalytic material for the CO2 reduction reaction (CO2 RR). This study sheds light on strategies of designing single metal atom anchored WTe2 catalysts for improved CO2 RR performances.
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