贵州师范学院Mingsen Deng课题组--N掺杂石墨烯支持的原子对催化剂用于氮还原反应:d带中心基描述符
在温和条件下实现有效的氮还原反应(NRR)对于工业氨合成而言是一个巨大的挑战。NRR通常伴随着竞争性的析氢反应(HER),这会导致法拉第效率极低。我们系统地研究了由N掺杂石墨烯支撑的20种过渡金属(TM)元素通过三种反应途径形成的原子对催化剂(APCs)的NRR反应性。通过分析极限电位、吉布斯自由能和d波段中心之间的相关性,我们评估了TM APCs的活性趋势。我们的计算表明,酶促途径是TM APCs最适合的反应途径,这些APCs的固有活性趋势可以通过基于d带中心的描述符来确定,该描述符与键合/反键合轨道种群具有简单的线性关系。此外,通过对电催化NRR过程中竞争性HER的选择性分析,筛选出了具有出色性能的NRR APCs。
Figure 1. 原子对催化剂(APC)原子模型以及氮还原反应的酶促途径和远端途径(桥位和顶位)。
Figure 2. 费米能级以上0−2 eV εd(0,2)的极限电势和d带中心的火山图。
Figure 3. (a-g)在TM原子对和N2之间的pCOHP。(h)示出了ICOHP与d波段中心εd(0,2)之间的相关性。蓝色表示粘结作用,而青色表示抗粘结作用。
Figure 4. (a)Ru2-N6@G和(b)Ir2-N6@G态的密度,其中费米能级设置为0。(c)N2的π*轨道和TM原子对与μ2-η1:η1配位的d轨道的相互作用图。(d)电荷密度差和(e)吸附在Ru2-N6@G上N2的自旋密度。
相关研究成果于2020年由贵州师范学院Mingsen Deng课题组,发表在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。