Single-atom W anchored Janus transition metal dichalcogenides as a promising catalyst for the ammonia synthesis

过电位 催化作用 杰纳斯 过渡金属 化学 氨生产 氧化还原 密度泛函理论 电化学 纳米技术 无机化学 物理化学 材料科学 计算化学 有机化学 电极
作者
Yanan Meng,Tingting Wang,Jing Chen,Shi‐Bo Cheng
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:640: 158470-158470 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158470
摘要

Electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) has emerged as an eco-friendly and economical tactic for ammonia synthesis recently. However, for most NRR catalysts, high overpotential and low Faraday efficiency are the main bottlenecks for their practical applications. Herein, a sequence of transition metals anchored on a novel category of transition metal dichalcogenides monolayers, Janus TMDs (TM@MoSSe, TM = Sc-Zn, Mo, W, Ru-Ag, and Os-Au), as NRR catalysts were investigated through a three-step detailed screening based on the density function theory (DFT) calculations. According to the estimated stability, high catalytic activity, and unexceptionable selectivity of TMDs, W@MoSSe and Os@MoSSe were identified as effective candidate catalysts for NRR, of which W@MoSSe was screened as the optimal NRR catalyst, and the limiting potential is −0.15 V. Importantly, W@MoSSe exhibits remarkable inhibition on the hydrogen evolution reaction (HER), due to the ultra-high Faraday efficiency (100%). Notably, more density of states in W@MoSSe, apparent charge transfer, and strong orbital hybridization between W@MoSSe and NRR intermediates may contribute to its observed high NRR catalytic activity. These findings showed the feasible applications of Janus TMDs in the single-atom catalysis of the NH3 synthesis, which could open a new bright prospect for exploring efficient NRR catalysts experimentally.
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