基于 DFT 的 Ni 基相在电化学体系中的原位拉曼表征
材料科学
2026-05-05 v2
摘要
本文系统地研究了与氧化还原反应（OER）相关的 Ni 基氧化物和氢氧化物，结合基态 DFT+U 计算与原位和体内拉曼光谱，并辅以高分辨电子显微镜（TEM）。五种晶体相——立方和六方 NiO、单斜和三角 Ni(OH)2 以及 NiOOH——从振动和电子结构方面进行系统表征。尽管 DFT 模型理想化（0 K、无缺陷、无溶剂），但作为特定相的参考，可用于解释复杂实验光谱。立方 NiO 被确认为动力学和电子上稳定，与实验中观察到的主导拉曼振动模式一致。尽管六方 NiO 在声子色散中存在动态不稳定性，但通过 TEM 结构验证，表明其可能由基片或缺陷稳定的亚稳定相。Ni(OH)2 多种相均为振动稳定的半导体，其中三角相表现出更强的自旋极化。NiOOH 在整个布里渊区均表现出自旋极化电子态，与其在铁磁有序下的非对称能带结构一致。独立地，声子计算显示 Gamma 点附近存在软模，表明在理想条件下存在动态不稳定性，但原位拉曼光谱与计算的区心模式高度吻合。然而，引入 0.03 Å 的对称性破缺位移可使 NiOOH 晶格从鞍点位置松弛，消除虚拟声子模，稳定该相。该集成框架展示了理想化 DFT 如何揭示固有特征，以锚定振动和电子响应在催化活性、动态演化 Ni 基材料中的解释。
引用
@article{arxiv.2507.04755,
title = {DFT-Guided Operando Raman Characterization of Ni-Based Phases Relevant to Electrochemical Systems},
author = {Harol Moreno Fernández and Siavash Karbasizadeh and Esmaeil Adabifiroozjaei and Leopoldo Molina-Luna and Jan P. Hofmann and Mohammad Amirabbasi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.04755},
year = {2026}
}