Hydroxyl-Boosted Nitrogen Reduction Reaction: The Essential Role of Surface Hydrogen in Functionalized MXenes

MXenes公司 氧化还原 材料科学 催化作用 羟基化 Pourbaix图 空位缺陷 表面改性 电化学 无机化学 氮气 化学 纳米技术 物理化学 有机化学 结晶学 电极
作者
Xingshuai Lv,Liangzhi Kou,Thomas Frauenheim
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (12): 14283-14290 被引量:46
标识
DOI:10.1021/acsami.1c00871
摘要

MXenes, an emerging family of two-dimensional (2D) metal carbides and nitrides, have been demonstrated to be effective nitrogen reduction reaction (NRR) catalysts. So far, most of the theoretical studies toward NRR are based on bare MXenes; however, the structural stabilities are questionable. In this work, we studied the NRR process on several synthesized MXenes (Ti2C, V2C, Cr2C, Zr2C, Nb2C, Mo2C, Hf2C, and Ta2C) with hydroxyl (OH) termination since the structures are preferred under NRR operating conditions as per Pourbaix stability diagrams. It is found that OH plays an essential role in tuning the NRR chemistry, as a new surface-hydroxylation mechanism. Different from the widely accepted NRR mechanism where only protons are involved in the reaction, hydrogen (H) atoms from surface hydroxyl could be captured by the intermediate and participate into the NRR, while the remaining H vacancy can subsequently be self-repaired by the protons under the applied potential. The cooperative effect of surface hydroxylation can effectively boost the NRR, while Mo2C(OH)2 stands out with the most favorable limiting potential of −0.62 V and highest selectivity. Moreover, new scaling relationships based on the H vacancy energy are established, elucidating the possibility for structure–activity tuning. This study not only elaborates the essential role of surface OH functionalization in evaluating NRR performance but also affords new insights into advance sustainable NH3 production.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

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
orixero应助New采纳,获得10
刚刚
1秒前
sunglow11完成签到,获得积分0
1秒前
小甜瓜关注了科研通微信公众号
2秒前
3秒前
SUE发布了新的文献求助10
6秒前
充电宝应助Poppy采纳,获得10
7秒前
7秒前
852应助体贴的青烟采纳,获得10
8秒前
善学以致用应助Shrine采纳,获得10
8秒前
科目三应助李青松采纳,获得10
8秒前
ephore完成签到,获得积分0
10秒前
裴元瑾完成签到,获得积分10
10秒前
Tatw完成签到 ,获得积分10
11秒前
13秒前
ddl发布了新的文献求助10
13秒前
13秒前
ET发布了新的文献求助10
13秒前
14秒前
14秒前
Owen应助帅气绮露采纳,获得10
14秒前
小马甲应助Ttttt采纳,获得10
15秒前
16秒前
18秒前
18秒前
maox1aoxin应助albert采纳,获得30
19秒前
李青松发布了新的文献求助10
20秒前
zhanzhanzhan发布了新的文献求助10
21秒前
轩辕忆枫发布了新的文献求助10
22秒前
Dx发布了新的文献求助10
22秒前
23秒前
小甜瓜发布了新的文献求助10
25秒前
25秒前
Jasper应助樊川采纳,获得10
25秒前
27秒前
幸福的kc完成签到,获得积分20
27秒前
CipherSage应助高贵季节采纳,获得10
29秒前
单薄水壶给ccc123的求助进行了留言
30秒前
帅气绮露发布了新的文献求助10
30秒前
隐形曼青应助zhanzhanzhan采纳,获得10
31秒前
高分求助中
Sustainability in Tides Chemistry 2800
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
Rechtsphilosophie 1000
Bayesian Models of Cognition:Reverse Engineering the Mind 888
Le dégorgement réflexe des Acridiens 800
Defense against predation 800
XAFS for Everyone (2nd Edition) 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3133576
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2784593
关于积分的说明 7767642
捐赠科研通 2439774
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1297049
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 624839
版权声明 600791