Mechanistic Insights for the Electrocatalytic CO2 Reduction on M2C-Type MXenes

MXenes公司 密度泛函理论 选择性 过渡金属 催化作用 材料科学 限制 氧化还原 化学 计算化学 无机化学 纳米技术 有机化学 机械工程 工程类
作者
Kai Huang,Pengyang Qu,Yulin Wang,Cheng Lian,Jingkun Li,Haiping Su,Honglai Liu
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:62 (48): 20716-20726 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.3c02962
摘要

Two-dimensional (2D) transition-metal carbides (MXenes) without termination groups have been recognized as excellent electrocatalysts for the CO2 reduction reaction (CO2RR) due to their abundant metal active sites, while the harsh synthesis conditions hinder the mechanism exploration of the CO2RR. In this work, nine M2C-type MXenes (M = Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W) were selected to explore their CO2 capture and conversion performance by density functional theory (DFT) calculation. Results show that all nine M2C can effectively adsorb and activate CO2 and tend to generate HCOOH thermodynamically. Among them, V2C and Cr2C with a low limiting potential (UL) show excellent CO2 reduction performance. Further calculation reveals that V2C has the highest catalytic selectivity due to a high UL of hydrogen evolution reaction (HER) and a positive UL(CO2) – UL(H2) value. Our results demonstrate that V2C may be the best candidate for the electrocatalytic reduction of CO2 to HCOOH and provide insights into the design of M2C-type MXenes for CO2RR electrocatalysts with high activity and selectivity.
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