Single and double boron atoms doped nanoporous C2N–h2D electrocatalysts for highly efficient N2 reduction reaction: a density functional theory study

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作者
Yongyong Cao,Shengwei Deng,Qiaojun Fang,Xiang Sun,Chenxia Zhao,Jingnan Zheng,Yijing Gao,Han Zhuo,Yuejin Li,Zihao Yao,Zhongzhe Wei,Xing Zhong,Gui‐Lin Zhuang,Jianguo Wang
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:30 (33): 335403-335403 被引量:89
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ab1d01
摘要

The electrocatalytical process is the most efficient way to produce ammonia (NH3) under ambient conditions, but developing a highly efficient and low-cost metal-free electrocatalysts remains a major scientific challenge. Hence, single atom and double boron (B) atoms doped 2D graphene-like carbon nitride (C2N-h2D) electrocatalysts have been designed (B@C2N and B2@C2N), and the efficiency of N2 reduction reaction (NRR) is examined by density functional theory calculation. The results show that the single and double B atoms can both be strongly embedded in natural nanoporous C2N with superior catalytic activity for N2 activation. The reaction mechanisms of NRR on the B@C2N and B2@C2N are both following an enzymatic pathway, and B2@C2N is a more efficient electrocatalyst with extremely low overpotential of 0.19 eV comparing to B@C2N (0.29 eV). In the low energy region, the hydrogenation of N2 is thermodynamically more favorable than the hydrogen production, thereby improving the selectivity for NRR. Based on these results, a new double-atom strategy may help guiding the experimental synthesis of highly efficient NRR electrocatalysts.
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