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Theoretical Investigation of Electrocatalytic Reduction of Nitrates to Ammonia on Highly Efficient and Selective g-C2N Monolayer-Supported Single Transition-Metal Atoms
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2023-04-28 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c00617 Shaotong Zhu 1 , MingXin Qin 2 , Lanlan Chen 2 , Shuang Jiang 2 , Yanan Zhou 1 , Jun Jiang 2 , Wenhua Zhang 2
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2023-04-28 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c00617 Shaotong Zhu 1 , MingXin Qin 2 , Lanlan Chen 2 , Shuang Jiang 2 , Yanan Zhou 1 , Jun Jiang 2 , Wenhua Zhang 2
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Electrocatalytic reduction of nitrate (NO3RR) to synthesize ammonia (NH3) can effectively degrade nitrate while producing a valuable product. By utilizing density functional theory calculations, we investigate the potential catalytic performance of a range of single transition-metal (TM) atoms supported on nitrogenated holey doped graphene (g-C2N) (TM/g-C2N) for the reduction of nitrates to NH3. Based on the screening procedure, Zr/g-C2N and Hf/g-C2N are predicted as potential electrocatalysts for the NO3RR with limiting potential (UL) values of −0.28 and −0.27 V, respectively. The generation of byproducts such as dioxide (NO2), nitric oxide (NO), and nitrogen (N2) is hindered on Zr/g-C2N and Hf/g-C2N due to the high energy cost. The NO3RR activity of TM/g-C2N is closely related to the adsorption free energy of NO3–. The study not only proposes a competent electrocatalyst for enhancing NO3RR in ammonia synthesis but also provides a comprehensive understanding of the NO3RR mechanism.
中文翻译：
高效选择性 g-C2N 单层负载单过渡金属原子上硝酸盐电催化还原氨的理论研究
电催化还原硝酸盐（NO 3 RR）合成氨（NH 3）可以有效地降解硝酸盐，同时生产有价值的产品。通过利用密度泛函理论计算，我们研究了负载在氮化多孔掺杂石墨烯 (gC 2 N) (TM/gC 2 N) 上的一系列单一过渡金属 (TM) 原子将硝酸盐还原为 NH 的潜在催化性能3 . 基于筛选程序，Zr/gC 2 N 和 Hf/gC 2 N 被预测为 NO 3 RR 的潜在电催化剂，具有极限电位 ( U L) 值分别为 −0.28 和 −0.27 V。由于能源成本高， Zr/gC 2 N 和 Hf/gC 2 N 上的二氧化氮 (NO 2 )、一氧化氮 (NO) 和氮 (N 2 )等副产物的产生受到阻碍。TM/gC 2 N的NO 3 RR活性与NO 3 -的吸附自由能密切相关。该研究不仅提出了一种在氨合成中增强 NO 3 RR 的有效电催化剂，而且还提供了对 NO 3 RR 机制的全面理解。
更新日期：2023-04-28
中文翻译：
高效选择性 g-C2N 单层负载单过渡金属原子上硝酸盐电催化还原氨的理论研究
电催化还原硝酸盐（NO 3 RR）合成氨（NH 3）可以有效地降解硝酸盐，同时生产有价值的产品。通过利用密度泛函理论计算，我们研究了负载在氮化多孔掺杂石墨烯 (gC 2 N) (TM/gC 2 N) 上的一系列单一过渡金属 (TM) 原子将硝酸盐还原为 NH 的潜在催化性能3 . 基于筛选程序，Zr/gC 2 N 和 Hf/gC 2 N 被预测为 NO 3 RR 的潜在电催化剂，具有极限电位 ( U L) 值分别为 −0.28 和 −0.27 V。由于能源成本高， Zr/gC 2 N 和 Hf/gC 2 N 上的二氧化氮 (NO 2 )、一氧化氮 (NO) 和氮 (N 2 )等副产物的产生受到阻碍。TM/gC 2 N的NO 3 RR活性与NO 3 -的吸附自由能密切相关。该研究不仅提出了一种在氨合成中增强 NO 3 RR 的有效电催化剂，而且还提供了对 NO 3 RR 机制的全面理解。
京公网安备 11010802027423号