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过渡金属单原子固定在石墨烯上作为氮还原反应高效电催化剂的密度泛函理论研究( Density functional theory study of transition metal single-atoms anchored on graphyne as efficient electrocatalysts for the nitrogen reduction reaction )
Wei Song Kun Xie Jinlong Wang Yongliang Guo Chaozheng He Ling Fu
氨(NH3)是有机化工的主要原料，也是化肥工业的重要原料，对全球经济具有重要意义。随着现代社会的发展，对NH3的需求量逐渐增加。此外，电催化氮还原反应(NRR)是一种很有前途的NH3合成技术。然而，为NRR设计高效的电催化剂仍然具有挑战性。本研究采用密度泛函理论计算方法，系统地分析了Ti,V,Cr,Mn,Zr,Nb,Mo等过渡金属(TM)单原子锚定在石墨(GY)上作为NRR催化剂的性能。第一步加氢和最后一步加氢(*NNH生成和*NH3解吸）的计算结果表明，Mn@Gy（端面构型）和V@Gy（侧面构型）是最适合于NRR的催化底物。Tm@Gy催化剂的自由能谱表明，Mn@Gy是最好的NRR电催化剂，其最小自由能垒为0.36eV。此外，对Tm@Gy催化剂的Bader电荷、电荷密度差、部分态密度和晶体轨道Hamilton布居数等电子性质进行了详细的分析，进一步证实了Mn@Gy是一种高效的电催化剂。这一综合研究获得的见解可以为设计新的高效电催化剂提供有用的指导。
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