Single-Atom Electrocatalysts Anchored on Phosphoniobic Acid (M1/PNb12O40) Cluster for Water Splitting (HER/OER) and Metal-Air Batteries (ORR)

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作者
Sajjad Hussain,Shamraiz Hussain Talib,Babar Ali,Sharmarke Mohamed,Ahsanulhaq Qurashi,Jun Li,Zhansheng Lu
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:6 (6): 2311-2319 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.4c00349
摘要

Single-atom catalysts (SACs) have revolutionized industrial catalysis due to their single active site, efficient use of active atoms, superior catalytic efficiency, and selectivity. Using first-principles calculations, we investigate the electrocatalytic performance of transition metal (Sc–Au) SACs anchored on phosphoniobic acid (PNbA) for hydrogen-evolution reaction (HER), and oxygen evolution/reduction reaction (OER/ORR). The 4-fold hollow site of PNbA facilitates electron transfers during catalysis. Through the Heyrovsky pathway, the Ru1/PNbA, Rh1/PNbA, Ir1/PNbA, and Pt1/PNbA exhibited outstanding HER performance, and their ΔGH* values are near the optimal (ΔGH* → 0). The Co1/PNbA and Pt1/PNbA catalysts showed marvelous OER and ORR performance. Co1/PNbA (0.50/0.35 V) and Pt1/PNbA (0.50/0.39 V) have significantly lower overpotentials than previously reported OER/ORR catalysts. The Pt1/PNbA is revealed as a most promising multipurpose electrocatalyst for metal-air batteries and water splitting. Also, the solvation effect demonstrated that Co1/PNbA, Fe1/PNbA, and Pt1/PNbA had reduced overpotentials. Thus, PNbA cluster is suitable for developing highly efficient SACs for HER/ORR, and OER.
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