二维锰掺杂MoS$_2$:一种高效的析氢反应电催化剂
材料科学
2021-06-29 v1
摘要
地球储量丰富的二维(2D)本征过渡金属硫族化合物(TMDs)因其在电子器件、储能器件、气体传感等方面的多种应用,以及近年来对电化学析氢反应(HER)良好的催化活性和优异稳定性,已成为一类卓越的材料并受到广泛关注。TMDs的每一层由三个原子层组成,其中过渡金属被两个硫族元素夹在中间。为激活本征2D TMDs惰性的基面,需要在本征TMDs中制造缺陷或掺杂异原子。相工程技术已被用于激活2D TMDs的基面。在本文中,我们通过计算构建了二维单层Mn-MoS材料并研究其在HER中的应用。MoS稳定的S端基面因惰性而催化活性低,为利用这些边缘提升性能,我们在本征MoS材料中掺杂了Mn。利用开创性的、最先进的基于第一性原理的密度泛函理论,我们对单层锰掺杂MoS的电子结构和性质进行了系统而严格的考察,证明其有望成为贵金属基HER催化剂的替代物。我们构建了Mn-MoS的周期性2D slab来研究电子性质,并通过构建MnMoS分子团簇模型深入探究了材料表面发生的反应路径。我们的研究表明,基于2D Mn-MoS单层的催化剂遵循Volmer-Heyrovsky反应,在HER机制中能垒很低。本研究聚焦于利用地球储量丰富的TMDs设计低成本高效的HER电催化剂,并通过细致考察反应动力学降低活化能垒以提升反应性。
引用
@article{arxiv.2106.14682,
title = {2D Mn Doped MoS$_2$: An Efficient Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction},
author = {Joy Ekka and Shrish Nath Upadhyay and Verma Bunty Sardar and Srimanta Pakhira},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.14682},
year = {2021}
}