文献信息
主要内容
这篇文章是关于铟铋(InBi)合金在电催化还原硝酸盐为氨（NRA）方面的理论评估。以下是文章的核心内容：
1. **研究背景**：
- 电催化还原硝酸盐为氨是一种用于废水处理和氨生产的流行方法。
- 高效电催化剂的开发仍然是一个巨大挑战。
- 工业上生产氨主要依赖于哈伯-博施过程，该过程在高压和高温下进行，消耗全球约1%的能源供应，并占全球CO2排放量的1.44%。
2. **研究目的**：
- 系统研究了InBi在硝酸盐还原为氨（NRA）方面的潜力。
- 使用密度泛函理论（DFT）计算来揭示InBi的高活性。
3. **主要发现**：
- InBi通过O端途径对NRA表现出高活性，其中所有中间体的自由能演化在最有利的基本步骤中是下降的。
- 硝酸盐的活化源于氧和铟原子之间的强轨道杂化，导致增强的电荷转移以及NO3−的吸附。
- 由于质子的弱吸附，竞争性的氢气发展反应（HER）被有效抑制。
4. **理论分析**：
- InBi作为NRA电催化剂具有很大的潜力，并为实际应用中NRA电催化剂的设计指明了新的方向。
- 通过理论探索，可以揭示机制并筛选出理想的NRA催化剂。
5. **计算细节**：
- 使用维也纳从头算模拟包（VASP）进行所有DFT计算。
- 使用投影增强波（PAW）伪势来考虑电子-离子相互作用。
- 使用PBE泛函来估计交换相关效应。
- 使用Bader电荷分析评估电荷转移。
- 基于Nørskov提出的计算氢电极（CHE）模型计算自由能变化。
结论
- InBi可以作为一种有前景的NRA电催化剂，为硝酸盐到氨的高效还原提供了一条可行的途径。
这篇文章提供了InBi作为电催化剂在硝酸盐还原为氨过程中的理论基础和潜力分析，指出了其高活性和选择性，以及对竞争性HER的抑制能力。
图 1. (a) 五层 InBi 板的优化结构。(b) InBi 板顶层吸附 NO3 − 物种的优化配置。
图 2. InBi 催化剂上 NO3RR 机制的可能反应途径示意图。
图 3. (a) InBi(111) 表面硝酸盐还原的吉布斯自由能图。为了进行比较，还显示了 NO2 和 NO 的释放。(b) 中间体的优化配置显示在最热力学有利的途径中（配色方案：梅子色，In；兰花色，Bi；蓝色，N；红色，O；白色，H）。
图 4. (a) NO3 − 在 InBi 上吸附的电荷密度差和 Bader 电荷转移。等表面能级取为 0.001 e bohr−3 。电子积累和耗尽分别用黄色和青色表示。(b) 表面上吸附的 NO3 − 的铟和氧原子的 p 轨道的投影态密度。费米能级在虚线处与零对齐。
