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 过渡金属 氮气 兴奋剂 Atom(片上系统) 还原(数学) 材料科学 金属 氮原子 无机化学 化学 纳米技术 冶金 有机化学 光电子学 石墨烯 群(周期表) 嵌入式系统 计算机科学 数学 几何学
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]
卷期号:: 153275-153275
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
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

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
YJ发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
2秒前
3秒前
chen发布了新的文献求助100
3秒前
3秒前
Lucas应助AireenBeryl531采纳,获得30
3秒前
3秒前
加油加油发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
5秒前
威武忆山完成签到 ,获得积分10
6秒前
6秒前
Chairs完成签到,获得积分0
7秒前
7秒前
英俊的铭应助ferry123采纳,获得10
8秒前
九里笙发布了新的文献求助30
9秒前
星星发布了新的文献求助10
10秒前
马如辰发布了新的文献求助30
10秒前
shiny发布了新的文献求助10
11秒前
Gy12138完成签到,获得积分10
12秒前
zzzzzz完成签到,获得积分10
12秒前
迅速可愁发布了新的文献求助10
13秒前
15秒前
娇气的笑蓝完成签到,获得积分10
16秒前
17秒前
17秒前
明亮的问薇完成签到,获得积分10
17秒前
17秒前
失眠元菱完成签到,获得积分10
17秒前
小蘑菇应助宛宛采纳,获得10
18秒前
YuGe发布了新的文献求助10
18秒前
小蘑菇应助真实的灵采纳,获得30
18秒前
20秒前
科研通AI2S应助liu采纳,获得10
20秒前
21秒前
笑笑发布了新的文献求助10
22秒前
22秒前
xxxx完成签到,获得积分10
22秒前
Yuan发布了新的文献求助10
23秒前
高分求助中
Sustainability in Tides Chemistry 2000
Microlepidoptera Palaearctica, Volumes 1 and 3 - 13 (12-Volume Set) [German] 1122
Дружба 友好报 (1957-1958) 1000
The Data Economy: Tools and Applications 1000
A Dissection Guide & Atlas to the Rabbit 600
中国心血管健康与疾病报告2023(要完整的报告) 500
Ожившие листья и блуждающие цветы. Практическое руководство по содержанию богомолов [Alive leaves and wandering flowers. A practical guide for keeping praying mantises] 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3102382
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2753656
关于积分的说明 7624478
捐赠科研通 2406188
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1276717
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 616918
版权声明 599103