Theoretical Design of a Single Cu Atom Supported on 1T‐WS2/Graphene Catalyst for Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia

石墨烯 催化作用 电催化剂 电化学 密度泛函理论 选择性 无机化学 硝酸盐 材料科学 氨生产 化学 纳米技术 计算化学 物理化学 电极 有机化学
作者
Yi He,Zhili Wang,Qing Jiang
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cphc.202400788
摘要

Electrochemical reduction of nitrate to ammonia (NO3RR) offers a promising strategy for renewable ammonia (NH3) synthesis and wastewater treatment, but still suffers from limited activity and NH3 selectivity due to the lack of effective electrocatalyst. Here, we perform a four‐steps screening strategy to screen high performance NO3RR catalyst by density functional theory calculations using 23 single transition metals atom doped on 1T‐WS2/graphene (TM@1T‐WS2/graphene) as candidates. The results show that Cu@1T‐WS2/graphene exhibits the highest NO3RR activity among 23 candidates with a low rate determining step energy barrier of 0.12 eV, which is much lower than that of the most of recently reported NO3RR catalysts. Moreover, the Cu@1T‐WS2/graphene also possesses excellent NH3 selectivity by suppressing competing hydrogen evolution reaction. This work provides a new avenue for the design of novel effective NO3RR catalysts for practical application.

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