原始与 Janus 过渡金属二硫族化合物单层中的储氢：电子起源、覆盖度效应与有限温度稳定性
材料科学
2026-01-05 v2
摘要
在此，我们提出了一项关于氢在原始和 Janus MX2 及 MSSe 单层（M = Ni, Pd, Pt；X = S, Se）上吸附的系统性第一性原理研究，结合了密度泛函理论 (DFT) 计算与有限温度从头算分子动力学模拟 (AIMD)。轨道分辨的电子结构分析表明，氢的结合强度主要受费米能级附近金属 d 态贡献的控制，该贡献从 Pd 和 Pt 到 Ni 逐渐增加。从 S 到 Se 的硫族取代通过增强表面极化率进一步调节了吸附。结构起着决定性作用：金属 1T 相由于增强的电子屏蔽促进了更强的单分子吸附，而 2H 相更开放的配位在高氢覆盖度下提供了更大的构型自由度。Janus 功能化引入了化学上不等价的 S 端和 Se 端表面，导致了依赖于侧面的吸附能、氢层厚度和空间分布。在所有系统中，氢的摄取仍然以分子物理吸附为主。在 300 K 下的有限温度 AIMD 模拟表明，即使在高负载下氢仍保持分子状态，没有解离或不可逆的化学吸附。2H-NiSSe 和 2H-PdSSe 展现出中等吸附能、稳定的多层氢构型以及稳健热稳定性之间最有利的组合，而基于 Pt 的 Janus 系统则表现出强烈的限制和降低的可逆性。这些结果确立了 TMDs 中储氢的明确设计原则，表明最佳性能源于中等强度的物理吸附而非最大结合强度，并突出了基于 Janus 的 Ni 和 Pd 系统作为可逆分子储氢的有前景平台。
引用
@article{arxiv.2404.16761,
title = {Hydrogen storage in pristine and Janus transition-metal dichalcogenide monolayers: electronic origins, coverage effects, and finite-temperature stability},
author = {Flavio Bento de Oliveira and Gabriel Elyas Gama Araujo and Andreia Luisa da Rosa},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.16761},
year = {2026}
}