Oxygen Groups Enhancing the Mechanism of Nitrogen Reduction Reaction Properties on Ru- or Fe-Supported Nb2C MXene

选择性 电催化剂 氮气 化学 氧气 催化作用 氧化还原 从头算 化学稳定性 反应机理 密度泛函理论 无机化学 计算化学 物理化学 电化学 电极 有机化学
作者
Qiaojun Fang,Yijing Gao,Wei Zhang,Fu-li Sun,Jin-kong Pan,Gui‐Lin Zhuang,Shengwei Deng,Zihao Yao,Jianguo Wang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:125 (27): 14636-14645 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.1c02477
摘要

To rationally design electrocatalysts with high promising performance is essential for the nitrogen reduction reaction (NRR). Using the first principle density functional theory and ab initio molecular dynamic calculations, we systematically explored the activity, selectivity, and thermodynamic stability of the single-atom or tetra-nuclear metal clusters of Fe and Ru supported on Nb2C MXene modified by oxygen (fluorine) functional groups, resulting in one excellent electrocatalyst (labeling as Ru/Nb2CO2) for NRR. The obtained Ru/Nb2CO2 catalyst mainly undergoes electroreduction of nitrogen that proceeds via an enzymatic hybrid mechanism due to high selectivity (99.9%) and low ΔGPDS (ΔGPDS = 0.59 eV), and the catalyst also has superior stability at 500 K, suggesting Ru/Nb2CO2 has high promising performance for electrocatalytic synthesis of ammonia.
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