通过掺杂增强二维 C₄N₂ 的催化剂活性以用于析氢反应
材料科学
2025-09-23 v1 计算物理
摘要
本研究探讨了原始和掺杂 C₄N₂ 纳米片的结构、电子和催化特性，作为析氢反应(HER)的潜在电催化剂。原始 C₃₆N₁₈ 纳米片表现出有限的 HER 活性，主要归因于较高的正吉布斯自由能(> 2.2 eV)。为提升催化性能，探索了 B、Si 或 P 在氮位点的掺杂。在上述体系中，B 掺杂的 C₃₆N₁₇ 纳米片表现出最有前景的催化活性，其吉布斯自由能接近零(约 -0.2 eV)，表明高效的氢吸附。带结构、投影态密度、电荷密度和 Bader 电荷分析揭示了掺杂引起的电子环境显著变化。虽然堆叠构型(AA'A'' 和 ABC)对催化性能影响最小，但掺杂——特别是 B 掺杂——显著改变了电子结构，优化了氢吸附并促进了高效的 HER。这些发现表明，B 掺杂的 C₃₆N₁₇ 纳米片与金属材料结合时可作为高效的助催化剂，为提升电催化和光催化应用中的催化效率提供了一种有前景的方法。
引用
@article{arxiv.2502.10863,
title = {Enhancing catalyst activity of two-dimensional C$_4$N$_2$ through doping for the hydrogen evolution reaction},
author = {Bruno Ipaves and João F. Justo and James M. de Almeida and Lucy V. C. Assali and Pedro Alves da Silva Autreto},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.10863},
year = {2025}
}