Regulating the Coordination Environment of Single-Atom Catalysts Anchored on Thiophene Linked Porphyrin for an Efficient Nitrogen Reduction Reaction

催化作用 卟啉 选择性 噻吩 法拉第效率 电化学 氧化还原 材料科学 氮气 化学 组合化学 光化学 无机化学 物理化学 有机化学 电极
作者
Nadaraj Sathishkumar,Hsin‐Tsung Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (12): 15545-15560 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acsami.3c00559
摘要

The electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) offers a promising strategy to resolve high energy consumption in the nitrogen industry. Recently, the regulation of the electronic structure of single-atom catalysts (SACs) by adjusting their coordination environment has emerged as a rather promising strategy to further enhance their electrocatalytic activity. Herein, we design novel SACs supported by thiophene-linked porphyrin (TM–N4/TP and TM–N4-xBx/TP, where TM = Sc to Au) as potential NRR catalysts using density functional theory calculations. Among these catalysts, TM–N4/TP (TM = Ti, Nb, Mo, Ta, W, and Re) and TM–N4/TP with a water bilayer (TM = Nb, Mo, W, and Re) show excellent activity (low limiting potential) but low selectivity. Encouragingly, we find that Mo–N3B/TP, Mo–N2B2-2/TP, W–N3B/TP, W–N2B2-2/TP, Re–N3B/TP, Re–N2B2-2/TP, and Re–N2B2-1/TP serve as the most efficient NRR electrocatalysts, as they present stability, superior activity, better selectivity with low limiting potentials (−0.18 ∼ −0.90 V), and high Faradaic efficiencies (>99.80%). Based on microkinetic modeling, kinetic analysis of the NRR is performed and shows that the Re–N2B2-1/TP catalyst is more efficient for NH3 formation. Additionally, multiple-level descriptors provide insight into the origin of NRR activity and enable fast prescreening among numerous candidates. This work provides a new perspective to design highly efficient catalysts for the NRR under ambient conditions.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
吴倩完成签到,获得积分10
刚刚
情怀应助藤藤菜采纳,获得10
刚刚
刚刚
镇静剂关注了科研通微信公众号
刚刚
刚刚
1秒前
1秒前
零四零零柒贰应助ss采纳,获得30
1秒前
1秒前
1秒前
桐桐应助落叶采纳,获得10
2秒前
2秒前
高玉峰发布了新的文献求助10
2秒前
one发布了新的文献求助10
2秒前
丘比特应助孤独的溪灵采纳,获得10
2秒前
ChumJane发布了新的文献求助10
2秒前
l131599完成签到 ,获得积分20
2秒前
Hello应助阔达静曼采纳,获得10
3秒前
丁博发布了新的文献求助10
3秒前
新青年应助RedPineapple采纳,获得15
3秒前
Yu完成签到,获得积分10
3秒前
江思悦关注了科研通微信公众号
3秒前
Orange应助云隐雁鸣采纳,获得10
3秒前
yyyyyy完成签到,获得积分10
3秒前
星辰大海应助zzz采纳,获得10
4秒前
科研通AI6.2应助ATY采纳,获得30
4秒前
奔奔发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
5秒前
脑洞疼应助Feng采纳,获得10
5秒前
6秒前
6秒前
gnn完成签到,获得积分10
6秒前
大个应助呱嚓采纳,获得10
6秒前
蓝精灵发布了新的文献求助30
7秒前
科研通AI6.1应助zxc采纳,获得10
7秒前
星辰大海应助ZCP采纳,获得10
7秒前
十一完成签到,获得积分10
7秒前
直率不乐发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Handbook of pharmaceutical excipients, Ninth edition 5000
Aerospace Standards Index - 2026 ASIN2026 3000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Discrete-Time Signals and Systems 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 物理 生物化学 化学工程 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 物理化学 电极 冶金 遗传学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6038788
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7766922
关于积分的说明 16223952
捐赠科研通 5184763
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2774717
邀请新用户注册赠送积分活动 1757456
关于科研通互助平台的介绍 1641775