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(纯计算)山东大学马衍东/戴瑛团队Phys. Rev. Appl.: 主族金属与过渡金属耦合作为双原子催化剂用于NORR

时间:2023-02-07 来源: 浏览:

(纯计算)山东大学马衍东/戴瑛团队Phys. Rev. Appl.: 主族金属与过渡金属耦合作为双原子催化剂用于NORR

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2023年2月1日,Phys. Rev. Appl.在线发表了山东大学马衍东和戴瑛教授课题组的研究论文,题目为《Coupling a Main-Group Metal with a Transition Metal to Create Biatom Catalysts for Nitric Oxide Reduction》。

开发用于可再生能源的高效双原子催化剂变得越来越有价值,但其仍然是一个巨大的挑战。在此研究中,通过大规模第一性原理计算,作者提出了一种 主族金属与过渡金属 (TM)耦合的设计原理, 以探索用于一氧化氮还原反应(NORR)的双原子催化剂, 即在氮掺杂石墨烯上锚定Mg/Al/Ga−TM二聚体。作者提出了 一种全面的筛选策略 ,以识别 此类催化剂的潜在候选物 。根据 策略, 从24个候选双原子催化剂中筛选出了Mg-Ni@NC和Ga-Cr@NC,这些催化剂具有高活性和选择性,可以直接将NO转化为NH3 。这种高催化活性与原子间的协同相互作用有关。此外, 基于主族金属和过渡金属中心之间的相互作用 ,提出了一种“donation-backdonation-redonation”机制来表征NO活化 。此外, Δ ε s/p→d 被识别为一种有效的定量描述符来预估计这种催化剂候选物的数量 。此工作为面向NORR的双原子催化剂的合理设计提供了策略。


图1 原子结构、五步筛选策略和结合能
图2 吸附能和电荷转移机制
图3  电荷转移、差分电荷密度、吉布斯自由能和PDOS

图4 吉布斯自由能和极限电势


论文链接
Zang, Y., Wu, Q., Wang, S. et al. Coupling a Main-Group Metal with a Transition Metal to Create Biatom Catalysts for Nitric Oxide Reduction. Phys. Rev. Appl ., 2023 , 19, 024003. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.19.024003

【其他相关文献】

[1] Niu, H., Zhang, Z., Wang, X. et al. A feasible strategy for identifying single-atom catalysts toward electrochemical NO-to-NH3 conversion. Small , 2021 , 17, 2102396. https://doi.org/10.1002/smll.202102396
[2]  Niu, H.,  Zhang, Z.,  Wang, X. et al. Theoretical insights into the mechanism of selective nitrate-to-ammonia electroreduction on single-atom catalysts. Adv. Funct. Mater. , 2021 , 31, 2008533. https://doi.org/10.1002/adfm.202008533

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