这篇文章是关于电催化硝酸盐还原反应（NO3RR）的研究，旨在寻找用于氮污染管理和低温氨生产的高效、选择性和耐用的电催化剂。文章的核心内容包括：
研究背景：硝酸盐在环境中的浓度增加，对人类健康构成威胁。电化学硝酸盐还原反应（NO3RR）是一种将硝酸盐污染转化为无害氮化物或有价值的氨的科学方法。研究目的：设计新型的同核双原子催化剂（DACs），支持在氮掺杂石墨烯（TM2/N6-G）上，用于NO3RR。研究方法：使用第一性原理计算，特别是密度泛函理论（DFT）计算，来研究硝酸盐到氨的转化机制。
主要发现：
Cr2/N6-G、Mn2/N6-G和Cu2/N6-G是最具潜力的NO3RR催化剂，它们展现出稳定性、优异的活性、高选择性（法拉第效率>61.28%）和低限制电位（分别为-0.46V、-0.45V和-0.36V）。
通过多层次描述符和火山图，可以快速筛选众多候选催化剂。
在副产物NO2、NO和N2O的形成中发现相当大的势能障碍，验证了它们的高选择性。
在Cr2/N6-G、Mn2/N6-G和Cu2/N6-G上，硝酸盐转化为氨的竞争性优于氢进化反应（HER），具有更低的限制电位。
结论：
这项理论研究验证了Cr2/N6-G、Mn2/N6-G和Cu2/N6-G作为NO3RR电催化剂的效率，它们表现出稳定性、优异的活性、高选择性和低限制电位，为设计有效的硝酸盐去除策略提供了新的见解。
计算方法：
包括DFT计算、计算氢电极模型（CHE）、态密度（PDOS）计算等。
这篇文章提供了关于NO3RR催化剂设计的详细理论分析和计算研究，为实际应用中的电催化剂设计提供了科学依据。
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Equinox
图 1. 优化结构 TM2/N6-G（TM = Sc2 至 Zn2）的顶视图和侧面图，其中双 TM 原子嵌入中央腔中。
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图 2. (a) 结合能 (Ebind)，(b) 内聚能 (Ecoh)，(c) TM 原子的结合能与内聚能之差 (Ebind − Ecoh)，(d) 计算得出吸附在 TM2/N6-G 负载的双原子催化剂 (从 Sc2 到 Zn2) 上的 *NO3 和 *H 的吉布斯自由能。
图 3. NO3RR 的详细反应机制，包括 NO 端、NO 侧、ON 端、NHO 侧和 NHO 端途径生成 NH3 以及 NO 二聚体途径生成 N2 和 N2O。
图 4. TM2/N6-G 纳米片上 (a) ΔG*NO3 与 ΔG*NO3H、(b) ΔG*NO2 与 ΔG*NO2H、(c) ΔG*NO 与 ΔG*NOH、(d) ΔG*N 与 ΔG*NH、(e) ΔG*NH 与 ΔG*NH2、(f) ΔG*NO3H 与 ΔG*NO2H 之间的吉布斯自由能的标度关系。
图 5. (a) 通过稳定性分析筛选出的 9 种 N 掺杂石墨烯 (TM2/N6-G) 负载双原子催化剂的理论极限电位 UL。(b) TM2/N6-G 上的 NO3RR 极限电位与描述符 φ 的关系的火山图。(c) TM2/N6-G 上的 NO3RR 极限电位与 d 轨道 (d 轨道中的电子数) 的关系的火山图。Cr2、Mn2、Fe2 和 Cu2/N6-G 位于火山图顶部附近。(d−f) Cr2/N6-G、Mn2/N6-G 和 Cu2/N6-G 上 NO3-to-NH3 的吉布斯自由能图
图 6. (a−c) NO3 到 N2O 分别吸附在 Cr2/N6-G、Mn2/N6-G 和 Cu2/N6-G 上的示意图。(d) NH3 和 N2O 在 Cr2/N6-G、Mn2/N6-G 和 Cu2/N6-G 上的极限电位比较。
