Screening transition metal and nonmetal atoms co-doped graphyne as efficient single-atom catalysts for nitrogen reduction

非金属 催化作用 石墨 过电位 过渡金属 选择性 兴奋剂 Atom(片上系统) 氧化还原 材料科学 金属 无机化学 化学 组合化学 纳米技术 物理化学 电化学 有机化学 电极 光电子学 石墨烯 计算机科学 嵌入式系统
作者
Shulong Li,Ming Peng,Yu Song,Yutao Chen,Liang Qiao,Yong Feng,Yong Zhao,Li‐Yong Gan
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:495: 153275-153275 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.153275
摘要

Despite the great potential of electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) for more sustainable and energy-efficient ammonia (NH3) production, significant challenges remain, including low activity and poor selectivity of currently available catalysts. In this study, we systematically investigate the electrocatalytic NRR performance of 43 types of single-atom catalysts (SACs) constructed by introducing single transition metal (TM) or/and nonmetal (NM) atoms in graphyne (TM-NM-GY) through first-principles calculations. It is found that Mn-, Os-, B-, Ti-B-, V-B-, Cr-B-, Ru-B-, and Os-B-GY exhibit remarkable efficiency for NRR, showcasing overpotentials lower than 0.34 V. Particularly, Os-B-GY stands out by demonstrating ultra-high catalytic activity, selectivity, and stability for NRR as well as good experimental feasibility, with an impressively low overpotential of merely 0.13 V. The co-doping of Os and B allows for adjusting moderately positive charge densities around Os, which enables strong d-2π* coupling between Os and N2. As a result, the NN triple bond is remarkably weakened, facilitating the subsequent NRR process. Moreover, benefiting from the cooperative doping of NM and TM, the potential limiting step is changed, which breaks the inherent linear volcanic relationship between the free energy of the critical intermediate N2H* and limiting potential (UL) on the sole TM-doped system, further enhancing the activity and selectivity. We anticipate that the insights gained from this comprehensive and systematic study can offer valuable guidance for the design and synthesis of novel and highly efficient SACs toward NRR.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
科研通AI6.1应助小菜采纳,获得10
1秒前
背后飞柏发布了新的文献求助10
1秒前
2秒前
叶郅晟完成签到,获得积分10
2秒前
邹晨完成签到 ,获得积分10
3秒前
小欣发布了新的文献求助10
4秒前
科研通AI6.2应助穆雨采纳,获得10
4秒前
5秒前
5秒前
7秒前
LDY完成签到,获得积分10
8秒前
慕青应助背后飞柏采纳,获得10
8秒前
徐1发布了新的文献求助10
9秒前
十三发布了新的文献求助10
11秒前
111完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
13秒前
领导范儿应助黄兆强采纳,获得10
13秒前
myangm完成签到,获得积分10
14秒前
77完成签到,获得积分10
15秒前
DZS完成签到 ,获得积分10
16秒前
干净的沛蓝完成签到,获得积分10
16秒前
大个应助浅丿颜采纳,获得10
16秒前
江渡完成签到,获得积分20
17秒前
18秒前
18秒前
cherry完成签到,获得积分10
18秒前
wulanshu应助唠叨的中道采纳,获得10
19秒前
争气完成签到,获得积分10
20秒前
科研菜鸟发布了新的文献求助10
22秒前
22nd完成签到,获得积分10
22秒前
慈善家完成签到,获得积分10
22秒前
22秒前
王wang完成签到,获得积分10
23秒前
23秒前
23秒前
25秒前
自由的尔蓉完成签到 ,获得积分10
25秒前
花样年华完成签到,获得积分10
25秒前
北风语完成签到,获得积分10
27秒前
高分求助中
Psychopathic Traits and Quality of Prison Life 1000
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 660
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
Forced degradation and stability indicating LC method for Letrozole: A stress testing guide 500
全相对论原子结构与含时波包动力学的理论研究--清华大学 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6451760
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8263479
关于积分的说明 17608492
捐赠科研通 5516392
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2903725
邀请新用户注册赠送积分活动 1880669
关于科研通互助平台的介绍 1722664