一种高性能的过渡金属单原子锚定IrN2单层材料，用作硝酸盐还原为氨的电催化剂

单原子锚定IrN2催化剂的硝酸盐还原反应机理研究。通过密度泛函理论计算，系统评估23种过渡金属锚定IrN2单层催化剂的NO3?吸附自由能与极限电位关系，发现存在火山型相关性。钼和铑锚定的IrN2单层催化剂表现出?0.43 V和?0.19 V的超低极限电位，其高活性源于金属原子与NO3?的强电子耦合作用，有效抑制副反应生成氢气。

　　

电催化硝酸盐还原反应（NO₃RR）已成为同时实现硝酸盐治理和可持续氨合成的有前景的方法。然而，开发具有高活性和选择性的电催化剂仍然是一个关键挑战。在此，我们利用密度泛函理论计算系统研究了23种过渡金属（3d–5d TM）单原子锚定的IrN₂单层（TM–IrN₂）作为潜在的NO₃RR电催化剂。我们发现极限电位（U_L）与NO₃^{?的吸附自由能（ΔG_*NO3）之间存在明显的“火山型”关系，并确定ΔG_*NO3是表征NO₃RR活性的有效参数。在筛选的催化剂中，Mo–IrN₂和Ru–IrN₂表现出优异的催化性能，其极限电位分别低至-0.43 V和-0.19 V。它们的高活性源于Mo/Ru原子与其电子结构中的NO₃?之间的强杂化作用，这种作用由TM向NO₃?的电荷转移驱动。这种相互作用使ΔG_*NO3处于对催化活性理想的范围内。此外，Mo–IrN₂和Ru–IrN₂催化剂通过有效抑制竞争性的氢气释放反应和副产物生成途径，表现出显著的氨生成选择性，这突显了它们作为NO₃RR电催化剂的巨大潜力。本研究提出了一种设计高效NO₃RR催化剂的新策略，有助于推动新型氨合成电催化剂的发展。}