開發(fā)具有高催化活性的氮還原反應(yīng)（NRR）的電催化劑是加速電催化固氮應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。本文構(gòu)造了八種負(fù)載有石墨烯基襯底的雙原子鐵催化劑（Fe-TM
DA/GS，TM=Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu），用于將氮電還原為氨。從軌道雜交和電子轉(zhuǎn)移的角度研究了Fe過(guò)渡金屬二聚體在基體上的鍵合機(jī)理。基于對(duì)反應(yīng)路徑和吉布斯自由能變化的分析，NRR的電位確定步驟是第一H
+/e
-對(duì)的轉(zhuǎn)移過(guò)程。Fe-Ti
DA/GS在八種Fe-TM
DA/GS中具有最高的NRR催化活性，吉布斯能量變化為0.88 eV。通過(guò)對(duì)電子密度差、能帶結(jié)構(gòu)和功函數(shù)的分析，電子轉(zhuǎn)移是影響氮吸附的主要因素，第二金屬原子通過(guò)促進(jìn)氮與石墨烯表面之間的電子轉(zhuǎn)移提高了NRR的催化活性。這項(xiàng)理論研究為開發(fā)用于NRR的高效電催化劑提供了新見(jiàn)識(shí)。
Figure 1. Fe-TM
DA/GS的結(jié)構(gòu).
Figure 2. AIMD模擬中的八種Fe-TM/GS催化劑的能量和鍵長(zhǎng)。
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Figure 3. Fe-TM
DA/GS的PDOS
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Figure 4. Fe-TM
DA/GS上零和施加電勢(shì)下NRR的吉布斯自由能圖。
Figure 5. N
2在吸附過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)移。
相關(guān)研究成果于2020年由華北電力大學(xué)Zhengyang Gao課題組，發(fā)表在Electrochimica Acta（doi.org/10.1016/j.electacta.2020.135667）上。原文：Theoretical study on double-atom catalysts supported with graphene for electroreduction of nitrogen into ammonia。
摘自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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