基于密度泛函理论热力学建模的 M@N4-石墨烯单原子电催化剂表面 Pourbaix 图
材料科学
2021-11-30 v1
摘要
单原子催化剂（SACs）在各应用领域快速发展，包括不同反应的电催化，通常发生于严苛的 pH-电极电势条件下。因此需要从原子层面充分理解现实电化学条件下活性位点的性质，并考虑到 SACs 活性中心状态可能被旁观物种吸附所改变。本文采用密度泛函理论对金属原子（Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt 或 Au）嵌入石墨烯 N4 基元中的 SACs 进行热力学分析。考虑了此类 SACs 上的多种表面电化学过程，构建了其 Pourbaix 图，并讨论了操作条件下的活性、选择性与稳定性。结果表明 H、O 与 OH 的吸附如何引起活性位点阻塞与重构并改变电子结构。此外，对于 d 带填充较低的金属，金属中心氧化优先于碳晶格氧化。以 Fe@N4-石墨烯为例讨论了金属中心状态对碳晶格反应性的影响。最后，提出了一种通过分析振动谱确认 SACs 活性位点结构变化的可能策略。
引用
@article{arxiv.2111.14269,
title = {Surface Pourbaix plots of M@N4-graphene single-atom electrocatalysts from Density Functional Theory thermodynamic modelling},
author = {Ana S. Dobrota and Natalia V. Skorodumova and Slavko V. Mentus and Igor A. Pašti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.14269},
year = {2021}
}
备注
23 pages, 73 references, 9 figures, 3 tables