五边形-CN2量子点用于高效析氢反应的第一性原理研究
材料科学
2024-04-19 v1
摘要
我们研究的目的是探究由最近发现的二维材料五边形-CN2组成的新型无金属量子点（QDs）的电催化性能，以替代昂贵且稀缺的催化剂如Pt和Pd。采用基于第一性原理密度泛函理论（DFT）的方法，优化了三种尺寸递增的五边形-CN2量子点（3×3、3×4、4×4）的几何结构。通过全面分析，我们广泛探索了五边形-CN2 QDs的结构稳定性，深入研究了其电子性质，并评估了其与析氢反应（HER）相关的催化性能。值得注意的是，与原始QD相比，H吸附的五边形-CN2 QDs的HOMO-LUMO能隙（E_g）显著降低了35%至49%。接下来，我们使用众所周知的描述符：吸附能、过电位、吉布斯自由能和交换电流密度以及火山曲线，研究了它们与HER相关的催化性能。就催化性能的尺寸依赖性而言，3×3五边形-CN2 QD的ΔG^(av)值最小，而3×4和4×4 QD的值略大。我们的计算预测，其中一个位点（3×3 QD的N11）的交换电流密度高达2.24×10^{-3} A-cm^{-2}，我们相信这将导致显著增强的HER性能。我们的研究结果在推进发现丰富、无毒且成本低廉的HER催化剂方面具有巨大潜力，在促进大规模制氢中发挥关键作用。
引用
@article{arxiv.2404.07793,
title = {First-Principles Study of Penta-CN2 Quantum Dots for Efficient Hydrogen Evolution Reaction},
author = {Rupali Jindal and Rachana Yogi and Alok Shukla},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.07793},
year = {2024}
}