First-principles study of two-dimensional material Cr2B2 as catalyst for electrochemical nitrogen reduction reaction

反键分子轨道 化学 催化作用 密度泛函理论 吸附 氧化还原 电化学 计算化学 氮气 原子轨道 无机化学 光化学 物理化学 电子 有机化学 电极 量子力学 物理
作者
Long Lin,Pei Shi,Ling Fu,Chaozheng He,Jinrong Huo,Chenxu Zhao,Kun Xie,Longbin Yan,Linghao Zhu,Jingwen Sun,Zhanying Zhang
出处
期刊:Journal of Electroanalytical Chemistry [Elsevier]
卷期号:899: 115677-115677 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.jelechem.2021.115677
摘要

• The catalytic performance of Cr 2 B 2 for NRRby using DFT method. • There is an excellent NRR catalytic activity when N 2 adsorbed Cr-B bond. • The limiting potential can be reduced by N N breaking to acquire better NRR performance. Electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) is becoming increasingly promising alternatively to the traditional Haber-Bosch process but developing efficient electrocatalysts is still a challenge. In this job, we searched that the catalytic performance of Cr 2 B 2 for NRR by way of density functional theory (DFT) calculations. We mainly screened out four favorable N 2 adsorbed structures, including N 2 adsorption on the B-B bonds, Cr-B bonds, top site of B and Cr atom. It was found that the largest adsorption energy was −1.235 eV when N 2 was adsorbed on the Cr-B bond in a side-on structure, and has a better excellent NRR catalytic activity with the limiting potential is 0.29 V. The catalytic activity of all structures was better in the alternating mechanism of nitrogen reduction reaction. As the antibonding orbitals approach the Fermi level, the number of electrons in the antibonding orbitals increases. The limiting potential of T Cr _end can also be reduced from 0.88 V to 0.35 V by N N bond breaking after the second hydrogen, which contribute to the greater NRR performance. We hope that this research will offer a viable strategy for the design of NRR catalysts, and offer a new way of thinking for MBene as a catalyst for NRR.
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