Design of highly efficient g-C3N4-based metal monoatom catalysts by two extra-NM1 atoms: density functional theory simulations

文献情報

出版日 2021-04-15
DOI 10.1039/D1CP00972A
インパクトファクター 3.676
著者

Miaogen Chen, Wenya Chang, Yaxin Shi, Wei Liu, Can Li


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要旨

Graphitic carbon nitride (g-C3N4) is recognized as a favorable substrate for monoatom catalysts due to its uniform nanoholes for anchoring metal monoatoms, while the oxygen evolution reaction (OER) overpotential (ηOER) values of g-C3N4-based metal monoatom catalysts are still large. To reduce the ηOER values, a class of novel TM1NM1NM1/g-C3N4 was designed via density functional theory simulations, where TM1 = Fe1, Co1 or Ni1 and NM1 = C1, N1 or O1. Contributing by two extra-NM1 atoms, the OER catalytic activities of these materials were effectively improved owing to the shortened TM1–NM bonds and weakened chemical activity of TM1 atoms. Based on the volcano activity relationship between the theoretical overpotential (ηOER) and d band center of the TM1 atom (εd), the chemical activity of TM1 atoms needs to be adjusted to a suitable magnitude (εd near −4.883 eV) for a good catalytic activity. The designed Fe1C1O1/g-C3N4 with the εd of −4.893 eV exhibited an excellent OER catalytic activity of ηOER = 0.219 V. This strategy was applied to devise the reaction active sites and highly efficient catalysts by adjusting the chemical activity of the TM1 atom with suitable extra-NM1 atoms.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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