To alleviate the increasingly serious energy issues, it is essential to develop highly efficient and stable electrocatalysts for the oxygen evolution reaction (OER) and oxygen reduction reaction (ORR). In this study, we employed density functional theory to investigate a broad spectrum of transition metal (TM = Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Ag, W, Ir, and Pt) atoms supported on N-terminated diamond (100) surface (TM@ND) as single-atom catalysts for their OER and ORR performances. TM atoms (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Y, Zr, and Ir) show large binding energy with substrate and thermal stability, which is advantageous for electrocatalytic reactions. Especially, Ir@ND demonstrates high efficacy as an OER electrocatalyst, and Mn@ND is identified as an efficient ORR electrocatalyst, exhibiting the theoretical overpotentials smaller than 1 V. Consequently, it suggests that diamond-based catalysts could serve as promising candidates for energy conversion and storage applications.

中文翻译：

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负载在 N 封端金刚石 （100） 表面上的过渡金属原子作为析氧和还原反应的高效电催化剂


为了缓解日益严重的能源问题，必须为析氧反应 （OER） 和氧还原反应 （ORR） 开发高效和稳定的电催化剂。在这项研究中，我们采用密度泛函理论研究了负载在 N 封端金刚石 （100） 表面 （TM@ND） 上的广谱过渡金属 （TM = Sc， Ti， V， Cr， Mn， Fe， Co， Ni， Cu， Zn， Y， Zr， Mo， Ru， Rh， Ag， W， Ir 和 Pt） 原子作为其 OER 和 ORR 性能的单原子催化剂。TM 原子（Sc、Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr 和 Ir）与衬底和热稳定性结合能大，有利于电催化反应。特别是，Ir@ND 作为 OER 电催化剂表现出高效性，Mn@ND 被认为是一种高效的 ORR 电催化剂，表现出小于 1 V 的理论过电位。因此，它表明金刚石基催化剂可以作为能源转换和存储应用的有前途的候选者。