Machine learning-assisted exploration of the intrinsic factors affecting the catalytic activity of ORR/OER bifunctional catalysts

过电位 催化作用 杰纳斯 MXenes公司 双功能 析氧 化学 纳米技术 材料科学 化学物理 物理化学 有机化学 电化学 电极
作者
Ninggui Ma,Yaqin Zhang,Yuhang Wang,Changxiong Huang,Jun Zhao,Bochun Liang,Jun Fan
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:628: 157225-157225 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.157225
摘要

Oxygen reduction reaction and oxygen evolution reaction are pivotal in energy conversion. Herein, we systematically studied the catalytic performance of Pt-doped dual transition metal (DTM) Janus-MXenes as single-atom catalysts (SACs) using first-principles calculations and established machine learning (ML) models to explore the physical and chemical properties affecting the catalytic overpotential. Specifically, the stability of Janus-MXenes was first explored through cohesive energies, phonon dispersion and ab initio molecular dynamics simulations. The electronic properties of Pt-doped Janus-MXenes were investigated next. Some excellent catalysts, including Pt-VO-MnTiCO2 (ηORR/OER = 0.24/0.38 V) and Pt-VO-PdTiCO2 (ηORR/OER = 0.33/0.36 V), were found because of their ultralow overpotential. It's attributed to the tuning of the electronic properties of SACs by DTM. Importantly, ML models were used to reveal the importance of descriptors affecting overpotential, thereby uncovering the origin of the catalytic activity of SACs. Our work significantly reduces the research costs of SACs and serves as a guide for designing high-performance catalysts.
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