g-C3N4负载过渡金属单原子催化剂电催化一氧化氮还原反应的理论筛选与机制研究

本综述通过密度泛函理论（DFT）系统研究了g-C3N4负载过渡金属单原子催化剂（SACs）在电催化一氧化氮还原反应（NORR）中的应用，揭示了Ti1-Cv-CN在氨合成中的高活性与选择性，为环境污染物转化和绿色氨合成提供了新策略。

　　

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Computation details

所有计算均基于维也纳从头算模拟软件包（VASP）中的密度泛函理论（DFT）实现。电子交换关联作用采用Perdew?Burke?Ernzerhof（PBE）泛函的广义梯度近似（GGA）描述。离子-电子相互作用通过投影缀加平面波（PAW）方法处理，平面波基组截断能设置为500 eV。采用Grimme提出的DFT-D3方法进行色散校正，以准确描述范德华相互作用。

Structure and stability of SACs

优化后的g-C₃N₄ 2×2超胞结构如图S1所示。单元中包含24个碳原子和32个氮原子。在三-s-三嗪g-C₃N₄芳香环中，sp²杂化的碳氮原子形成离域π共轭体系。C?N键长范围为1.33至1.48 ?，晶格常数a = b = 14.26 ?，与既往研究结果一致。基于三-s-三嗪g-C₃N₄结构的对称性，碳空位（Cv）被选为锚定过渡金属单原子的优先位点。

Conclusion

综上所述，通过DFT计算评估热力学与动力学稳定性及电催化活性与选择性，Ti₁-Cv-CN被确定为NORR的潜在电催化剂。研究发现Ti单原子作为活性中心，通过“电子给体/反馈”机制以N端吸附模式有效捕获并活化NO分子。Ti₁-Cv-CN的UL(NH₃)为0.00 V，竞争性氢演化反应（HER）被显著抑制，且对NH₃的选择性远高于副产物N₂O或N₂。