2D carbon nitride as a support with single Cu, Ag, and Au atoms for carbon dioxide reduction reaction

文献情報

出版日 2023-02-23
DOI 10.1039/D3CP00392B
インパクトファクター 3.676
著者

Sergio Posada-Pérez, Miquel Solà, Albert Poater


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要旨

The electrochemical conversion of CO2 into value-added chemicals is an important approach to recycling CO2. In this work, we have combined the most efficient metal catalysts for this reaction, namely Cu, Ag, and Au, as single-atom particles dispersed on a two-dimensional carbon nitride support, with the aim of exploring their performance in the CO2 reduction reaction. Here, we report density functional theory computations showing the effect of single metal-atom particles on the support. We found that bare carbon nitride needed a high overpotential to overcome the energy barrier for the first proton–electron transfer, while the second transfer was exergonic. The deposition of single metal atoms enhances the catalytic activity of the system as the first proton–electron transfer is favored in terms of energy, although strong binding energies were found for CO adsorption on Cu and Au single atoms. Our theoretical interpretations are consistent with the experimental evidence that the competitive H2 generation is favored due to the strong CO binding energies. Our computational study paves the road to finding suitable metals that catalyze the first proton–electron transfer in the carbon dioxide reduction reaction and produce reaction intermediates with moderate binding energies, promoting a spillover to the carbon nitride support and thereby serving as bifunctional electrocatalysts.

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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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