二维Janus MoSSe过渡金属硫族化合物介导的高效电催化析氢
材料科学
2022-09-16 v1
摘要
近来，具有非对称电子结构的二维Janus过渡金属硫族化合物（2D JTMDs）在现代科学技术中引发强烈研究兴趣。利用基于第一性原理的周期杂化色散修正密度泛函理论（DFT-D）方法，我们研究了二维单层MoSSe JTMD的平衡结构、几何与电子性质及其对析氢反应（HER）的电催化活性。我们进行了非周期性量子力学DFT计算，以找出二维Janus MoSSe材料暴露表面（即Mo边缘及S或Se边缘）上最有利的HER路径。为探究电催化HER机理、反应路径与势垒，我们考虑了簇模型体系Mo10S12Se9来表征二维单层MoSSe材料的Mo边缘及S或Se边缘。本研究表明，Volmer-Heyrovsky反应机理是在Se封端的Mo边缘析出H2的热力学有利路径。研究发现，在Se封端的Mo边缘处Heyrovsky反应中的自由能垒变化约为3.93-7.10 kcal.mol-1（在气相与溶剂相中均如此），表明其作为具有最低活化势垒的优异HER电催化剂。该研究显示，由于H迁移反应步骤的HOMO与LUMO过渡态TS1中氢的s轨道与Mo原子的d轨道发生重叠，二维Janus MoSSe材料的Tafel斜率（m）较低。在HER决速步（即溶剂相中的H迁移TS1反应步）中原子的更好稳定是降低反应势垒的关键，从而整体催化表明更好的析氢电催化性能。
引用
@article{arxiv.2209.07338,
title = {Efficient Electrocatalytic H2 Evolution Mediated by 2D Janus MoSSe Transition Metal Dichalcogenide},
author = {Srimanta Pakhira and Shrish Nath Upadhyay},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.07338},
year = {2022}
}