析氢反应中自旋态与活性的关联
材料科学
2023-11-06 v1
摘要
自旋在物理与化学反应（如析氧与析氢反应（OER/HER））中扮演关键角色；但自旋-活性关联一直不明。基于以明确自旋中心为吸附位的过渡金属（TM）掺杂PtN2单层模型，我们在此揭示仅活性自旋态可增强氢吸附强度，而惰性自旋态影响甚微。具体而言，沿面外方向（如dZ2轨道）的未配对电子作为活性自旋态，将与氢强烈杂化，因dZ2轨道恰好容纳两个电子形成成键轨道，从而导致氢结合能增强。而面内未配对电子（如dX2-Y2轨道）在吸附氢原子中作用可忽略。这通过一系列以TM（Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os或Ir）原子替换Pt原子或后续吸附Cl原子的PtN2单层单原子催化剂得到验证。最具前景的材料之一是Pd@PtN2-Cl，其具备优异HER活性，甚至优于纯Pt。本工作揭示了自旋-活性关联的本质，从而为通过自旋工程设计高性能催化剂铺平道路。
引用
@article{arxiv.2311.01654,
title = {Correlation between spin state and activity for hydrogen evolution},
author = {Tao Zhang and Lei Li and Tao Huang and Hui Wan and Wu-Yu Chen and Zi-Xuan Yang and Gui-Fang Huang and Wangyu Hu and Wei-Qing Hang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.01654},
year = {2023}
}
备注
5 figures