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貴州師范學(xué)院Mingsen Deng課題組--N摻雜石墨烯支持的原子對催化劑用于氮還原反應(yīng):d帶中心基描述符
       在溫和條件下實現(xiàn)有效的氮還原反應(yīng)(NRR)對于工業(yè)氨合成而言是一個巨大的挑戰(zhàn)。NRR通常伴隨著競爭性的析氫反應(yīng)(HER),這會導(dǎo)致法拉第效率極低。我們系統(tǒng)地研究了由N摻雜石墨烯支撐的20種過渡金屬(TM)元素通過三種反應(yīng)途徑形成的原子對催化劑(APCs)的NRR反應(yīng)性。通過分析極限電位、吉布斯自由能和d波段中心之間的相關(guān)性,我們評估了TM APCs的活性趨勢。我們的計算表明,酶促途徑是TM APCs最適合的反應(yīng)途徑,這些APCs的固有活性趨勢可以通過基于d帶中心的描述符來確定,該描述符與鍵合/反鍵合軌道種群具有簡單的線性關(guān)系。此外,通過對電催化NRR過程中競爭性HER的選擇性分析,篩選出了具有出色性能的NRR APCs。
  
Figure 1. 原子對催化劑(APC)原子模型以及氮還原反應(yīng)的酶促途徑和遠(yuǎn)端途徑(橋位和頂位)。
 


Figure 2. 費(fèi)米能級以上0−2 eV εd(0,2)的極限電勢和d帶中心的火山圖。
 
  
Figure 3. (a-g)在TM原子對和N2之間的pCOHP。(h)示出了ICOHP與d波段中心εd(0,2)之間的相關(guān)性。藍(lán)色表示粘結(jié)作用,而青色表示抗粘結(jié)作用。
 
  
Figure 4. (a)Ru2-N6@G和(b)Ir2-N6@G態(tài)的密度,其中費(fèi)米能級設(shè)置為0。(c)N2的π*軌道和TM原子對與μ2-η1:η1配位的d軌道的相互作用圖。(d)電荷密度差和(e)吸附在Ru2-N6@G上N2的自旋密度。
 
       相關(guān)研究成果于2020年由貴州師范學(xué)院Mingsen Deng課題組,發(fā)表在J. Phys. Chem. Lett.(doi.org/10.1021/acs.jpclett.0c01450)上。原文:Atom-Pair Catalysts Supported by N?Doped Graphene for the Nitrogen Reduction Reaction: d?Band Center-Based Descriptor。

摘自《石墨烯雜志》公眾號:


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