二维单层 WSeTe Janus 过渡金属硫族化合物用于高效析氢反应的电催化性能
材料科学
2023-06-28 v1
摘要
如今，由于全球能源需求增长以及造成污染的化石燃料的广泛使用，开发清洁绿色能源成为研究的优先关注点。在所有化学燃料中，氢具有最高的重量能量密度。对于氢的商业化规模生产，水电解是最佳方法，而这又需要一种高效、低成本且地球储量丰富的电催化剂。近期研究表明，二维 Janus 过渡金属硫族化合物（TMDs）在析氢反应（HER）的电催化活性方面高效。本文报道一种用于 HER 的二维单层 WSeTe Janus TMD 电催化剂。我们利用周期性 DFT 计算研究了二维单层 WSeTe Janus TMD 的电子性质，得到其直接电子带隙为 2.39 eV。在电子性质计算之后，我们使用记为 W10Se9Te12 的 WSeTe 分子簇模型探究了 HER 中间体，包括多种过渡态结构（Volmer TS、Heyrovsky TS 和 Tafel TS）。本计算揭示二维单层 WSeTe Janus TMD 是一种潜在的 HER 电催化剂。它在所有 TS 上拥有比其他 TMDs（如 MoS2、Mn-MoS2、MoSSe 等）更低的能垒。计算所得 Volmer-Heyrovsky 机制的 Heyrovsky 能垒（= 8.72 kcal.mol-1）大于 Volmer-Tafel 机制中的 Tafel 能垒（=3.27 kcal.mol-1）。因此，本研究提示 H2 的形成通过 Vomer-Tafel 机制在能量上更有利。该工作有助于为有效 HER 催化剂的理性设计提供启示。
引用
@article{arxiv.2306.15249,
title = {Electrocatalytic Performance of 2D Monolayer WSeTe Janus Transition Metal Dichalcogenide for Highly Efficient H2 Evolution Reaction},
author = {Vikash Kumar and Shrish Nath Upadhyay and Dikeshwar Halba and Srimanta Pakhira},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.15249},
year = {2023}
}
备注
39 pages