拓扑量子催化剂：具有穿越 nodal line 态的二维材料在析氢反应中展现高性能的案例
材料科学
2023-01-19 v1
摘要
拓扑量子催化剂（TQCs）以非平凡能带拓扑产生的金属表面态作为促进异相催化过程的机制，已在三维（3D）例子中得到充分证明，但在二维尺度上鲜有讨论。在此，我们提出了一种实现二维 TQCs 的设计方案，其表现出位于布里渊区边界的穿越 nodal line、边缘上的大费米弧，以及析氢反应（HER）中近乎零的吉布斯自由能（ΔGH*）。我们证明了二维 Cu2C2N4 片层即是这样一例。该材料呈现出一条贯穿整个 k 路径 S-Y 的开放 nodal line。它显示出一条跨越整个边缘边界的长费米弧，该费米弧对自旋轨道耦合和 H 吸附均是鲁棒的。因此，Cu2C2N4 片层的边缘对 HER 催化相对活跃，其 ΔGH* 低至 0.10 eV，可与 Pt 相媲美，并优于其他传统催化剂和 3D TQCs。我们的工作提供了一条利用具有穿越 nodal line 的二维 TQCs 开发不含贵金属的高性能 HER 催化的有效途径。
引用
@article{arxiv.2112.12914,
title = {Topological quantum catalyst: the case of two-dimensional traversing nodal line states associated with high catalytic performance for hydrogen evolution reaction},
author = {Lirong Wang and Xiaoming Zhang and Weizhen Meng and Ying Liu and Xuefang Dai and Guodong Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.12914},
year = {2023}
}