具有卤素配体的单原子催化剂：提升 Pd 锚定 MoS2 单层的析氢性能
材料科学
2025-03-11 v1
摘要
单原子催化剂 因其高原子利用效率和低成本产氢的潜力而引起了日益广泛的关注。然而，提升析氢反应 (HER) 性能仍然是开发 HER 技术 SACs 的关键挑战。本文中，我们采用第一性原理计算结合微动弹性带 (CI-NEB) 方法，探讨了表面配体 (F, Cl, Br, I) 对单原子 (Pd 或 Cu) 锚定 MoS2 单层 HER 性能与机制的影响。结果表明，I-Pd@MoS2 系统中吸附氢原子的相对吉布斯自由能异常低，为 -0.13 eV，这不仅与 Pt 基催化剂相当，而且远优于计算得到的 Pd@MoS2 的 0.84 eV。然而，向 Cu@MoS2 引入配体会因吸附的 H 与配体之间的强耦合而降低 HER 性能。这表明，配体 I 重构了 SAC Pd 周围的局部化学微环境，导致费米能级附近出现杂质带，该杂质带与 H 原子的 s 态发生有利耦合，产生大量高活性位点以增强催化性能。此外，CI-NEB 方法阐明，I-Pd@MoS2 催化剂增强的 HER 机制应属于 Volmer-Tafel 和 Volmer-Heyrovsky 反应的共存。本研究为实验设计和开发新型单原子催化剂提供了有价值的框架。
引用
@article{arxiv.2503.06225,
title = {Single Atom Catalysts with Halogen Ligands: Elevating the HER Performance of Pd-anchored MoS2 monolayer},
author = {Feng Sun and Xuqiang Zhang and Jiangtao Chen and Yun Zhao and Yan Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.06225},
year = {2025}
}