Computational Design of Single Mo Atom Anchored Defective Boron Phosphide Monolayer as a High‐performance Electrocatalyst for the Nitrogen Reduction Reaction

电催化剂 磷化物 催化作用 单层 氨生产 电化学 过渡金属 化学 氮气 无机化学 材料科学 纳米技术 物理化学 电极 有机化学
作者
Zaichun Liu,Ting Huang,Huhu Chang,Faxing Wang,Juan Wen,Haodong Sun,Masud Hossain,Qingji Xie,Yan Zhao,Yuping Wu
出处
期刊:Energy & environmental materials [Wiley]
卷期号:4 (2): 255-262 被引量:40
标识
DOI:10.1002/eem2.12120
摘要

Catalytic reduction of molecular dinitrogen (N 2 ) to ammonia (NH 3 ) is one of the most important and challenging industrial reactions. Electrochemical reduction is considered as an energy‐saving technology for artificial ambient nitrogen fixation, which is emerging as an optimal potential sustainable strategy to substitute for the Haber–Bosch process. However, this process demands efficient catalysts for the N 2 reduction reaction (NRR). Here, by means of first‐principles calculations, we systematically explored the potential electrocatalytic performance of single transition metal atoms (Pd, Ag, Rh, Cu, Ti, Mo, Mn, Zn, Fe, Co, Ru, and Pt) embedded in monolayer defective boron phosphide (TMs/BP) monolayer with a phosphorus monovacancy for ambient NH 3 production. Among them, the Mo/BP exhibits the best catalytic performance for ambient reduction of N 2 through the typical enzymatic and consecutive reaction pathways with an activation barrier of 0.68 eV, indicating that Mo/BP is an efficient catalyst for N 2 fixation. We believe that this work could provide a new avenue of ambient NH 3 synthesis by using the designed single‐atom electrocatalysts.
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