Selective CO2 Reduction over γ-Graphyne Supported Single-Atom Catalysts: Crucial Role of Strain Regulation

化学 催化作用 拉伤 选择性 氧化还原 Atom(片上系统) 石墨 吸附 纳米技术 组合化学 计算化学 物理化学 无机化学 密度泛函理论 有机化学 材料科学 医学 计算机科学 内科学 嵌入式系统
作者
Tianyang Liu,Tianze Xu,Tianchun Li,Yu Jing
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c08677
摘要

The two-electron CO2 reduction reaction (2e-CO2RR) is the most promising process for realizing industrial utilization of CO2, but it is hindered by the competitive hydrogen evolution reaction (HER) because of the comparable equilibrium potential. Strategies to enhance 2e-CO2RR activity and selectivity by suppressing HER are highly demanded. Inspired by the low in-plane Young's modulus of the recently synthesized γ-graphyne (GY), we propose tensile-strain regulation as an effective method to improve the selectivity of the CO2RR against HER. By means of constant-potential calculations and constrained ab initio molecular dynamics simulations, we demonstrate the good stability and high CO2RR activity of GY-supported Co (Co-GY) single-atom catalysts (SACs). The change in potential of zero charges of *COOH is revealed to be more sensitive to tensile strain than that of *H species on Co-GY SACs, resulting in a slower change of its adsorption energy than that of *H species under working potentials and consequently enhanced CO2RR selectivity toward CO production. Besides, the strain-dependent regulation mechanism also applies to other M-GY SACs, demonstrating strain regulation as an effective strategy for designing and manipulating SACs for the selective 2e-CO2RR.
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