Descriptor‐Based Volcano Relations Predict Single Atoms for Hydroxylamine Electrosynthesis

羟胺 电合成 火山 化学 计算机科学 地质学 地球化学 物理化学 有机化学 电极 电化学
作者
Rong Yang,Yuting Wang,Hongjiao Li,Jin Zhou,Zeyuan Gao,Cuibo Liu,Bin Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (14): e202317167-e202317167 被引量:42
标识
DOI:10.1002/anie.202317167
摘要

Hydroxylamine (NH2OH) is an important feedstock in fuels, pharmaceuticals, and agrochemicals. Nanostructured electrocatalysts drive green electrosynthesis of hydroxylamine from nitrogen oxide species in water. However, current electrocatalysts still suffer from low selectivity and manpower-consuming trial-and-error modes, leaving unclear selectivity/activity origins and a lack of catalyst design principles. Herein, we theoretically analyze key determinants of selectivity/activity and propose the adsorption energy of NHO (Gad(*NHO)) as a performance descriptor. A weak *NH2OH binding affinity and a favorable reaction pathway (*NHO pathway) jointly enable single-atom catalysts (SACs) with superior NH2OH selectivity. Then, an activity volcano plot of Gad(*NHO) is established to predict a series of SACs and discover Mn SACs as optimal electrocatalysts that exhibit pH-dependent activity. These theoretical prediction results are also confirmed by experimental results, rationalizing our Gad(*NHO) descriptor. Furthermore, Mn-Co geminal-atom catalysts (GACs) are predicted to optimize Gad(*NHO) and are experimentally proved to enhance NH2OH formation.
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