MoS_(2)基单原子催化剂的合成及其在电催化中的应用

电催化由于反应条件温和、反应速率较快等优势,在能源存储与转化、高值小分子合成等领域具有极大应用前景。因此,设计开发高效的电催化剂是推动电催化反应工业化的核心问题。二硫化钼(MoS_(2))以其低成本、可调的电子性质和优异的化学稳定性,被认为是用于电催化的最有前景的候选材料之一。同时,单原子催化是一种功能强大、极具吸引力的技术,成本显著降低,且具有优异的催化活性。本文首先综述了MoS_(2)基单原子催化剂的制备策略,包括电化学沉积、湿化学浸渍、水热/溶剂热和氢气等离子体还原。其次,在此基础上重点介绍了相应催化剂在电催化领域的应用。最后,从单原子改性、机理研究、合成工艺三个方面讨论了新的研究方向和未来趋势,即制备多金属MoS_(2)基单原子催化剂,深度表征和计算澄清反应机理,开发绿色环保的合成工艺等。

单原子催化剂Ir_(1)/MoS_(2)表面上NH_(3)吸附理论研究

采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,对单原子催化剂Ir在MoS_(2)表面的fcc、hcp两个吸附位和NH_(3)在单原子催化剂Ir_(1)/MoS_(2)上的四个吸附位的6种吸附模型进行了构型优化和能量计算,得到了Ir原子最稳定的吸附位以及NH_(3)的优势吸附位;并对最佳吸附位进行了电荷密度差和态密度分析.结果表明:Ir_(1)/MoS_(2)体系最稳定的是Ir原子在MoS_(2)的三重空位(hcp);NH_(3)的优势吸附构型为倾斜结构(atop),NH_(3)与体系表面成键,属于化学吸附;NH_(3)与体系Ir_(1)/MoS_(2)的吸附成键主要是通过3a1轨道与Ir原子的5S、5dyz轨道相互杂化产生的.

单原子催化剂Ir_(1)/MoS_(2)表面上的NH_(3)吸附与直接分解的第一性原理

NH_(3)的催化分解一直是制备高纯度氢的有效途径之一,因此具有良好的催化活性的贵金属被广泛的应用于催化解离的研究中.然而,由于纯金属催化剂的利用效率低,增加催化成本.最近的研究发现单原子催化剂Ir _(1)/MoS _(2)以其突出的优势被认为是一种潜在的能替代现有贵金属催化剂的材料.本文采用密度泛函理论与周期性平板模型相结合的方法,研究了NH_(3)在单原子催化剂Ir _(1)/MoS _(2)上的吸附与活化.结果表明:NH_(3)的优势吸附位为Ir原子的顶位,构型为倾斜结构(atop),NH_(3)与体系表面的金属Ir成键,吸附能达到1.63 eV,是化学吸附;进一步分析了NH_(3)直接催化分解的反应路径,给出了相应的反应热、活化能,结果显示NH_(3)在atop位的解离比脱附有利,第一步脱氢反应活化能最小,N-H键易断裂,第二步反应能垒较高,此步为整个反应的决速步.

N2在单原子催化剂Ir/MoS2表面上吸附的第一性原理研究

利用密度泛函理论,在slab模型下,研究N2在单原子催化剂Ir1/MoS2上的吸附行为,结果表明,N2的优势吸附位为Ir原子的顶位,构型为垂直向下,吸附能达到1.57 eV,是化学吸附.电子结构说明主要是吸附N原子的2Pz轨道在Z方向上与Ir的5dz2、5dxz、5dyz、6Pz混合得以使N2稳定吸附在Ir原子上.