W@C₄N₄单原子催化剂

极低过电位固氮

一种新型W单原子掺杂的C₄N₄单层，通过机器学习筛选，展现出优异的氮还原电催化活性和选择性。

何成 · Jianglong, Ma · Wu, Yibo · 张文雪

Journal of Energy Chemistry 2023

具体参数

极限电位

{'zh': '−0.29', 'en': '−0.29'} V

技术优势

过电位仅为−0.29 V

W@C₄N₄在所有29种过渡金属掺杂中展现出最低极限电位，归因于其最佳氮吸附能和低的加氢能垒。

机器学习加速筛选

提出的本征描述符φ可绕过复杂DFT计算，快速预测催化活性，大幅缩短单原子催化剂筛选周期。

应用场景

• 氮还原电催化：提供低能耗、高选择性的氨合成催化方案，可绕开高温高压条件。
• 单原子催化：利用C₄N₄单层锚定孤立W原子，最大化原子利用率，同时保持结构稳定。
• 绿氨合成：以可再生电力驱动，将N₂常温转化为NH₃，避免Haber-Bosch工艺的碳排放。
• 析氢抑制：W位点对*N₂H的强吸附能垒差显著高于*H，有效抑制析氢竞争。