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高效电催化剂TM-sTCNQ
材料人客服小谭     6天前 微信扫码分享 登录后可收藏  
应用场景:
单原子催化剂
关键性能:
Mo-sTCNQ单层具有优异的NRR电催化性能、结构稳定性好、反应选择性高
产品介绍:

TCNQ(7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷)分子作为一种独特的配体,具有3.38 eV的高电子亲和性,使其成为较强的有机电子受体,是构建和合成金属有机半导体电荷转移材料的理想组件。研究表明TCNQ分子可以通过与过渡金属原子配位的形式形成方形TM-TCNQ(TM-sTCNQ)二维单层材料。华中科技大学杨利明/华南师范大学李国良团队首次通过第一性原理计算和分子动力学模拟系统全面地评估了TM-sTCNQ单层的eNRR催化性能、材料稳定性、反应选择性。并从材料结构、轨道杂化、电荷转移等方面解释了TM-sTCNQ具有高NRR催化活性的内在机理。通过高通量筛选,获得具有高催化活性的NRR电催化剂:(1)能够自发的吸附氮气分子,△G*N2< 0;(2)潜在的电位限制步骤吉布斯自由能小于0.8 eV, △G*N2→*N2H,△G*NH2→*NH3 < 0.8 eV; (3)对主要的竞争反应HER,具有良好的选择性,△G*N2< △G*H。我们所提出的筛选方法大大降低了计算成本,并大大提高了筛选效率。通过高通量筛选和全反应路径研究,我们获得了两种有前景的电化学NRR单原子催化剂,Nb-sTCNQ和Mo-sTCNQ。在Nb-sTCNQ单层上催化NRR仅需要−0.48 V的起始电位。并且在Nb-sTCNQ催化剂表面,产物NH3能够快速的脱附,脱附能仅为0.65 eV,这赋予了Nb-sTCNQ很好的循环催化性能。其次,Mo-sTCNQ单层上催化NRR的起始电位也仅为−0.50 V。Nb-sTCNQ和Mo-sTCNQ对NRR的高催化活性可能可以归结于催化剂表面活性中心TM原子和吸附物N2之间有效的电荷转移和轨道相互作用。这确保了活性中心TM能够有效的吸附自由的N2分子、很好的活化惰性的N≡N三键、有利于降低还原过程所需的能量输入(即降低最大吉布斯自由能变化)。这项工作将为寻找高性能、高稳定性、低耗能的NRR电催化剂提供理论指导。研究成果在Energy & Environmental Materials上发表题为“Unveiling the Underlying Mechanism of Transition Metal Atoms Anchored Square Tetracyanoquinodimethane Monolayers as Electrocatalysts for N2 Fixation”的研究论文。

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