Theoretical study of Mo2N supported transition metal single-atom catalyst for OER/ORR bifunctional electrocatalysis

双功能 催化作用 电催化剂 过渡金属 Atom(片上系统) 材料科学 化学 电化学 纳米技术 物理化学 有机化学 电极 计算机科学 嵌入式系统
作者
Long Lin,Xiaoqin Long,Xinyu Yang,Pei Shi,Linlin Su
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (36): 24721-24732 被引量:25
标识
DOI:10.1039/d3cp02565a
摘要

The rational design and development of an efficient bifunctional catalyst for the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) is the key to developing new renewable energy storage and conversion technologies. Transition metal nitrides (TMNs) have shown excellent energy storage and electrochemistry potential due to their unique electronic structure and physicochemical properties. In this paper, based on the first-principles method of density functional theory (DFT), a series of efficient and stable bifunctional single-atom catalysts (SACs) were designed on Mo2N by introducing transition metal atoms as active sites, and the effects of different TM atoms on the catalytic performance of 2D-Mo2N (Two dimensional Mo2N) were evaluated. The calculation results show that TM@Mo2N exhibits excellent stability and good conductivity, which is conducive to electron transfer during the electrocatalytic reaction. Among these SACs, the Au@Mo2N single-atom catalyst has a very low OER overpotential (0.36 V), exhibiting high OER activity. Meanwhile, Au@Mo2N also exhibits excellent ORR performance with a low overpotential of 0.4 V, indicating that Au@Mo2N is the best OER/ORR bifunctional catalyst. This work provides a feasible solution for developing transition metal bifunctional electrocatalysts. Au@Mo2N is expected to replace traditional commercial Pt catalyst materials and become a catalyst with excellent performance in fuel cell modules.
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