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新兴高性能三功能ORR/OER/HER单原子催化剂的理论预测:锚定到π-π共轭石墨碳氮化物(g-C10N3)中的过渡金属
Physical Chemistry Chemical Physics ( IF 2.9 ) Pub Date : 2023-11-17 , DOI: 10.1039/d3cp04142e
Haiye Zhu 1 , Yingjie Feng 2 , Desheng Zheng 3 , Xiuyun Zhao 4 , Yue Zhou 2 , Xiaoyue Fu 2 , Lei Zhao 1 , Xin Chen 1
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高性能三功能氧还原/析氧/析氢反应(ORR/OER/HER)电催化剂的设计已成为当前的研究热点。在这项工作中,我们报道了一系列由九种过渡金属(Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir 和 Pt)形成的单原子催化剂,锚定在 gC 10 N 3(即 TM@通过密度泛函理论方法, gC 10 N 3)作为有前途的三功能电催化剂来替代贵金属催化剂。所有TM@gC 10 N 3均具有良好的热力学和电化学稳定性。特别是,Rh@gC 10 N 3和Ir@gC 10 N 3表现出极低的ORR/OER过电势,分别为0.26/0.28 V和0.34/0.41 V。此外,它们的氢吸附自由能值接近Pt(111),分别为0.16和-0.16 eV。计算结果表明Rh@gC 10 N 3和Ir@gC 10 N 3有很大概率成为三功能电催化剂。通过对Rh@gC 10 N 3动力学机制的分析可以得出,四电子ORR途径更有利于在Rh@gC 10 N 3上发生,因为形成该途径的能垒较低。此外,*OH + H + + e → * + H 2 O步骤在动力学中具有最高的能垒,这与该步骤是热力学中潜在的决定步骤是一致的。最终,所考虑的溶剂化效应对筛选后的Rh@gC 10 N 3和Ir@gC 10 N 3的催化性能影响不大,即使在500 K的高温下,这两种催化剂的结构也没有明显的畸变。 2 ps 模拟。我们的计算将为此类催化剂的未来实验合成和设计提供明确的指导。



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更新日期:2023-11-17
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