Electrocatalytic activity of MoSi2N4 monolayers decorated with single transition metal atoms: a computational study

过电位 析氧 材料科学 密度泛函理论 单层 氧还原反应 过渡金属 兴奋剂 电催化剂 催化作用 结晶学 物理化学 纳米技术 计算化学 化学 电极 光电子学 电化学 生物化学
作者
Yi Wang,Guang Wang,Mengya Huang,Zijiang Luo,Chen Yang,Zhao Ding,Xiang Guo,Xuefei Liu
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:34 (24): 245705-245705 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1361-6528/acc409
摘要

Two-dimensional (2D) MoSi2N4is a newly created material that has superstability and ultrahigh carrier mobility. Besides, the hydrogen evolution reaction activity was proved excellent by doping transition metal (TM) atoms and introducing N vacancies. But, the oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER) of 2D MoSi2N4is unclear even. We have explored the electrocatalytic properties (OER/ORR) of MoSi2N4by introducing Si vacancies and attaching various TM atoms. The structure and optoelectronic characteristics of MoSi2N4have been researched in detail using density functional theory calculations. By analyzing the density of states, the free energy change diagram and contour maps of TM@VSi-MoSiN, the results show that Co@VSi-MoSiN has the lowest OER overpotential (0.53 V) among all samples. Additionally, the d-band center is used to explain the electrocatalytic origin of the OER and ORR of TM@VSi-MoSiN. Our discoveries expand the 2D TM@VSi-MoSiN applicability in the realm of catalysis.
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