Sitios de boro aislados para la electrorreducción de dinitrógeno a amoníaco

Explorar electrocatalizadores con alta actividad es esencial para la producción de amoníaco a través de una rutina electroquímica. Mediante cálculos de teoría de funcional de densidad, investigamos la actividad de la reacción de reducción electroquímica de nitrógeno (eNRR) en boruros metálicos binarios, un sistema modelo de boruros metálicos. Para elaborar los mecanismos, se modelaron primero los boruros de molibdeno (Mo2B, α-MoB y MoB2); los resultados indican que las estructuras cristalinas impactan enormemente la adsorción de N2 y, por lo tanto, la actividad electrocatalítica. Nuestra investigación sobre la estructura electrónica sugiere que los híbridos de orbitales p de boro con el orbital π* de dinitrógeno, y la población en el orbital p−π* determinan la fuerza de adsorción de N2. Por lo tanto, el sitio aislado de boro de Mo2B con un pz-orbital menos lleno beneficia la activación de N2 y debilita el enlace triple de dinitrógeno. Este concepto de sitios aislados de boro se prolongó con éxito a otros boruros metálicos en la forma de M2B (M representa Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ta, W). Mo2B, Fe2B y Co2B se descubrieron como los candidatos más prometedores con bajos potenciales límite debido a la adecuada fuerza de adsorción de los intermedios de reacción, impulsada por un llenado moderado de pz. Este trabajo proporciona ideas para diseñar boruros metálicos como prometedores electrocatalizadores para eNRR.