文献信息
主要内容
这篇文章的核心内容是关于通过电化学氮气还原反应（N2RR）在杂原子掺杂的钌（Ru）双原子催化剂上合成氨（NH3）的研究。以下是文章的主要要点：
1. **研究背景**：为了减少全球变暖和寻找替代化石燃料的清洁能源，研究者们正在积极研究减少二氧化碳排放的方法，并探索新的能源媒介，其中氢气（H2）和氨气（NH3）作为能源载体受到关注。
2. **催化剂设计**：文章使用自旋极化的密度泛函理论（DFT）计算，研究了在缺陷石墨烯上支撑的杂原子-钌（RuM，M为3d过渡金属）双原子催化剂上的N2RR活性。研究者们分析了几何结构、N2RR机制、应变、掺杂和构型效应以及d轨道分辨的态密度（ORDOS）。
3. **催化剂筛选**：通过计算筛选，研究者们探索了4d、5d和p区块金属作为RuM系统中的杂原子M，以发现新的催化剂。
Autumn
Equinox
4. **主要发现**：
- 倾斜的五边形M（Fe、Mn和Sc）双原子催化剂（尤其是RuFe）显示出比纯Ru2双原子催化剂更高的N2RR活性。
- 应变、掺杂和构型效应对N2RR活性有显著影响。掺杂效应对RuSc和RuMn的N2RR活性有促进作用，而对RuFe的影响不显著。
- 掺杂-支撑相互作用诱导了独特的倾斜五边形M双原子集合结构，这对N2RR活性有重要影响。
5. **电子结构分析**：通过分析p-d（dz2、dxz、dyz、dxy和dx2–y2）轨道重叠，研究者们确定了关键的d轨道在决定NH2吸附能量（N2RR的描述符）中的作用。
6. **HER活性**：研究者们还计算了氢气进化反应（HER）的起始电位，以评估NH3生产的法拉第效率。
7. **额外催化剂筛选**：研究者们进一步筛选了更多的候选材料，包括4d、5d和p区块金属，以发现具有更好活性的催化剂。
8. **结论**：这项研究提供了在杂双原子催化剂上NH3生产催化作用的基本机制，并为下一代多金属原子催化剂在氢储存应用中的物理和化学直觉提供了指导。
图片
Ru SAC 和 (b) 同源 Ru2 DAC 上沿最有利反应途径的 N2RR 中间体的优化几何结构。
通过最有利途径计算 N2RR 在 (a) Ru SAC 和 (b) 同型 Ru2 DAC 上的平衡 (B) 和极限 (:) 电位下的自由能分布。
RuM/C催化剂的示意图和可能的几何形状。
通过最有利途径，计算了 N2RR 在 I 组 [((a) RuTi/C、(b) RuV/C 和 (c) RuCr/V)]、II 组 [(d) (RuSc/C、(e) RuMn/C 和 (f) RuFe/C)] 和 III 组 [(g) RuCo/C 和 (h) RuNi/C] 的异质 RuM DAC 上的平衡 (B) 和极限 (:) 电位下的吉布斯自由能分布。
N2RR 起始电位与 (a) N2H 和 (b) NH2 吸附能的关系。在 (b) 中，位于峰位置左侧的催化剂的 PLS 为 (5) NH2* + (H+ + e ) / NH3(g)，而对于右侧的情况，PLS 为 (6) N2* + (H+ + e ) / N2H*。
