题目：Evaluating the efficiency of single-double atom catalysts in electrochemical NH3 production from NO based on CN monolayers
期刊：Journal of Materials Chemistry A
DOI号：10.1039/d4ta01961j
在本研究中，实施了一种被称为SAAS（稳定性、吸附、活性和选择性）策略的战略方法，该方法采用四个关键描述符全面筛选高效催化剂。这种方法被应用于27种过渡金属，以评估它们作为单原子（SA）或同核双原子（DA）催化剂将NO转化为NH3的潜力。结果，Hf2–CN作为一种稳定的催化剂脱颖而出，表现出对NH3生产的高选择性。值得注意的是，与它们的单原子对应物相比，DA催化剂显示出明显不同的反应机制，这归因于双原子构型的协同效应。
主要研究问题
1. 如何实现从一氧化氮（NO）到氨（NH3）的高效和选择性转化，以及阐明其背后的反应机制。
2. 在电化学NO还原反应（NORR）中，探索和筛选适合的催化剂，特别是单原子（SA）和双原子（DA）催化剂，以提高NH3的合成效率和选择性。
结论
1. 通过在石墨相氮化碳（g-CN）上锚定的单原子和双过渡金属原子的系统研究，发现Hf2–CN作为一种稳定的催化剂，对NORR表现出高选择性，是将NO转化为NH3的潜在候选材料。
2. DA催化剂相比于SA催化剂显示出不同的反应机制，这归因于双原子构型的协同效应。
3. 研究提出了一个综合的SAAS（稳定性、吸附、活性和选择性）筛选策略，用于评估54种候选催化剂的NORR性能。
4. Hf2–CN因其极低的极限电位（0.18 V）被预测为一个高活性的NORR电催化剂，能有效抑制竞争性HER和其他副产物的生成。
5. NO分子在单原子催化剂（SACs）上的吸附和活化是通过电子的接受-捐赠机制实现的，而在双原子催化剂（DACs）上则通过双金属原子之间的协同作用削弱NO的N-O键，从而促进NH3的合成反应。
6. 该研究为NORR在氨生产中的单原子和双原子催化剂的应用提供了系统性的指导，并为该过程的发展提供了新的视角和思路。
文章中的图表汇总及其主要内容如下：
图 1：
(a-c) 展示了TM-CN的结构和考虑的TM原子的位置。
(d) 和 (e) 展示了TM原子的结合能（Ebind）以及结合能与结合能之差（Ebind - Ecoh）。
图 2：
(a) 和 (b) 展示了NO在SA-CN和DA-CN上吸附的不同构型示意图。
(c) 和 (d) 展示了SA-CN和DA-CN对NO的三种构型的吸附能量。
(e) 和 (f) 展示了金属d带中心、Bader电荷与SACs和DACs的吸附能量之间的线性关系。
图 3：
(a) 和 (b) 展示了电子耦合质子与NO的吸附能量比较。
(c) 和 (d) 展示了SA-CN和DA-CN在两个速率决定步骤的吉布斯自由能关系图，紫色区域表示*NO–*NOH (NHO)作为RDS低于0.2 eV和*NO–*NOH的RDS低于0.35 eV。
图 4：
(a) 展示了NO还原过程中的六条可能路径的示意图。
(b-f) 展示了Zr-CN、V2-CN、Pd2-CN、Mo2-CN和Hf2-CN上NO电还原的吉布斯自由能，标记了每条路径的PDS，清晰反映了最有利的路径和相应的电位。
图 5：
(a-e) 展示了在Zr-CN、Pd2-CN、Mo2-CN、V2-CN和Hf2-CN上NO-to-N2和NO-to-N2O的能量分布。
(f) 展示了NO-to-N2O和NO-to-N2可能路径的示意图。
图 6：
(a) 展示了NO分子轨道。
(b) 展示了SACs和DACs激活NO的机制示意图。
(c) 展示了Zr-CN、Zr-CN@NO、Hf2-CN和Hf2-CN@NO的投影态密度（PDOS）。
(d) 展示了Zr-CN@NO和Hf2-CN@NO中NO与金属原子的晶体轨道哈密顿人口（COHP）。
(e-h) 展示了Zr-CN和Hf2-CN的电荷密度差异，黄色和青色区域分别表示电荷积累和损失。
