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单原子Pt负载在锐钛矿(001)表面的电光学特性研究
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作者 靳帆 赵志超 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2025年第6期43-50,共8页
基于第一性原理的多体格林函数理论方法,系统探究了锐钛矿TiO_(2)(001)表面负载Pt单原子催化剂的电子结构和光学性质,考虑Pt在完美表面和缺陷表面(O空位)两种基底上的负载.结果发现,Pt会在TiO_(2)禁带中间、价带和导带边缘引入新能级,... 基于第一性原理的多体格林函数理论方法,系统探究了锐钛矿TiO_(2)(001)表面负载Pt单原子催化剂的电子结构和光学性质,考虑Pt在完美表面和缺陷表面(O空位)两种基底上的负载.结果发现,Pt会在TiO_(2)禁带中间、价带和导带边缘引入新能级,但不同基底负载的Pt单原子催化剂存在不同的带隙特性.Pt的负载会引起体系光学吸收红移,增大光学吸收范围,延伸光吸收至可见光甚至是红外区域,提升可见光活化的可能性,同时改善体系的激子束缚能,有利于空穴与电子有效分离,这可能是Pt负载后光催化性能提升的原因之一.然而,若在可见光或低能量紫外光激发后,分离的电子与空穴没有及时参与反应,体系衰变回最低激发态,此时极大的激子束缚能可能会加速电子与空穴重组,不利于表面催化反应的进行.负载在O空位的催化剂最低激发态的激子束缚能比完美表面小,重组速率慢.计算结果能够为理解单原子催化剂结构-性能关系提供一些见解. 展开更多
关键词 二氧化钛 pt原子催化剂 多体格林函数理论 电子结构 光吸收
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石墨烯负载单原子Pt吸附甲醛的理论计算
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作者 孙晓颖 卢健卓 赵震 《沈阳师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第2期97-103,共7页
采用密度泛函理论方法研究石墨烯载体调变单原子Pt催化剂的几何结构、电子结构和吸附甲醛分子的性能.计算结果表明,单空穴位石墨烯负载的单原子Pt催化剂(Pt/GrGvac)电荷由Pt向载体转移,Pt带正电荷;杂原子B掺杂的单空穴位石墨烯负载的单... 采用密度泛函理论方法研究石墨烯载体调变单原子Pt催化剂的几何结构、电子结构和吸附甲醛分子的性能.计算结果表明,单空穴位石墨烯负载的单原子Pt催化剂(Pt/GrGvac)电荷由Pt向载体转移,Pt带正电荷;杂原子B掺杂的单空穴位石墨烯负载的单原子Pt催化剂(Pt/3BGrGvac)电荷由载体向Pt转移,Pt带负电荷;杂原子N掺杂的单空穴位石墨烯负载的单原子Pt催化剂(Pt/3NGrGvac)中Pt带正电荷.不同石墨烯载体调变的单原子Pt催化剂均可吸附活化甲醛分子,电荷由单原子Pt催化剂向甲醛分子中的C原子转移.计算结果揭示Pt/3NGrGvac催化剂中Pt带正电荷更有利于甲醛分子的吸附活化.研究结果可为设计吸附甲醛的高效单原子催化剂提供理论基础. 展开更多
关键词 石墨烯载体 单原子pt催化剂 甲醛吸附 密度泛函理论
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单原子Pt吸附于不同原子暴露终端BiOBr{001}面的第一性原理研究
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作者 张小超 管美画 +5 位作者 张启瑞 张长明 李瑞 刘建新 王雅文 樊彩梅 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期315-324,共10页
基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理方法研究了暴露不同原子终端的BiOBr{001}表面以及单原子Pt吸附于BiOBr{001}-BiO不同位置的几何构型、电子结构、光学性质和电荷转移.计算结果表明:BiOBr{001}面BiO终端暴... 基于密度泛函理论(density functional theory,DFT)的第一性原理方法研究了暴露不同原子终端的BiOBr{001}表面以及单原子Pt吸附于BiOBr{001}-BiO不同位置的几何构型、电子结构、光学性质和电荷转移.计算结果表明:BiOBr{001}面BiO终端暴露可诱导产生表面态且价带和导带能级向低能方向移动,光氧化性增强,尤其导带下方出现的表面态能级有助于光生电子-空穴对的分离和迁移,光吸收显著增强,且BiOBr{001}面BiO终端的功函数远低于贵金属Pt,有利于电荷定向转移.其次,单原子Pt吸附于BiOBr{001}-BiO为基底的表面,在禁带中间诱导产生杂质能级,Pt吸附于穴位时吸附能最小,光响应能力最好且电荷转移量最大,吸附于顶位和桥位时,形成开放性的贫电子区域,因此可预测穴位为Pt原子的吸附位点,预示其良好的降解有机污染物效果,Pt吸附于BiOBr{001}-BiO的顶位和桥位,具有潜在的CO_(2)还原或固氮等领域应用. 展开更多
关键词 第一性原理 BiOBr{001}面 单原子pt 电子性质 吸附位点
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Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl S型异质结应用于光催化CO_(2)还原的理论计算研究 被引量:6
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作者 罗铖 龙庆 +2 位作者 程蓓 朱必成 王临曦 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第6期135-144,共10页
光催化CO_(2)还原制备可再生的碳氢燃料为缓解温室效应、解决能源短缺问题提供了一个可行的办法。然而,单一组分光催化剂的CO_(2)还原活性非常低。一是因为光生载流子的快速复合导致光子效率很低。二是因为CO_(2)的活化需要较高的能垒... 光催化CO_(2)还原制备可再生的碳氢燃料为缓解温室效应、解决能源短缺问题提供了一个可行的办法。然而,单一组分光催化剂的CO_(2)还原活性非常低。一是因为光生载流子的快速复合导致光子效率很低。二是因为CO_(2)的活化需要较高的能垒。对此,研究人员作出了许多改进以提高CO_(2)还原性能。例如,发展S型异质结可以增强载流子的分离和光催化剂的氧化还原能力,引入金属单原子助催化剂可以优化反应热力学。因此,协同利用S型异质结和金属单原子修饰将能同时促进载流子的转移和CO_(2)还原反应过程。本文构建了由单原子Pt负载的g-C_(3)N_(4)和BiOCl组成的Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结模型。用密度泛函理论计算研究了其光催化性能,包括几何结构和电子性质的探索、CO_(2)转化过程的模拟。差分电荷密度结果表明g-C_(3)N_(4)中的电子转移至BiOCl,这是由于g-C_(3)N_(4)的费米能级比BiOCl的费米能级高。由此在g-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结的界面处形成了由g-C_(3)N_(4)指向BiOCl的内建电场。在光照下,g-C_(3)N_(4)/BiOCl复合物中载流子的转移路径符合S型机制。具体而言,BiOCl导带的光生电子与g-C_(3)N_(4)价带的光生空穴复合,而g-C_(3)N_(4)导带的电子与BiOCl价带的空穴得以保留。在g-C_(3)N_(4)的空隙中添加Pt原子后,g-C_(3)N_(4)的功函数减小,由此增大了g-C_(3)N_(4)和BiOCl的费米能级差异。结果,有更多的电子从Pt-C_(3)N_(4)转移至BiOCl,内建电场的强度增大。这有利于Pt-C_(3)N_(4)/BiOCl S型异质结的电荷转移。此外,反应自由能计算结果表明,g-C_(3)N_(4)/BiOCl异质结上CO_(2)还原反应的限速步骤是CO_(2)氢化生成COOH,其能垒为1.13 eV。Pt原子修饰后,限速步骤变为CO氢化生成HCO,其能垒为0.71 eV。这些结果表明Pt单原子的引入能够增强界面电场、降低能垒,从而提高CO_(2)还原活性。本工作为构建金属原子修饰的S型异质结光催化剂以实现高效的CO_(2)还原提供了理论指导。 展开更多
关键词 S型异质结 密度泛函理论 光催化CO_(2)还原 单原子pt 氮化碳 BiOCl 内建电场
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Single Pt Atoms Supported on Oxidized Graphene as a Promising Catalyst for Hydrolysis of Ammonia Borane 被引量:1
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作者 Hong Wu Qi-quan Luo +2 位作者 Rui-qi Zhang Wen-hua Zhang Jin-long Yang 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE CAS CSCD 2018年第5期641-648,735,共9页
Based on density functional theory calculations,the full hydrolysis of per NH3BH3 molecule to produce three hydrogen molecules on single Pt atoms supported on oxidized graphene(Pt1/Gr-O)is investigated.It is suggested... Based on density functional theory calculations,the full hydrolysis of per NH3BH3 molecule to produce three hydrogen molecules on single Pt atoms supported on oxidized graphene(Pt1/Gr-O)is investigated.It is suggested that the first hydrogen molecule is produced by the combination of two hydrogen atoms from two successive B-H bonds breaking.Then one H2O molecule attacks the left*BHNH3 group(*represents adsorbed state)to form*BH(H2O)NH3 and the elongated O-H bond is easily broken to produce*BH(OH)NH3.The second H2O molecule attacks*BH(OH)NH3 to form*BH(OH)(H2O)NH3 and the breaking of O-H bond pointing to the plane of Pt1/Gr-O results in the desorption of BH(OH)2NH3.The second hydrogen molecule is produced from two hydrogen atoms coming from two H2O molecules and Pt1/Gr-O is recovered after the releasing of hydrogen molecule.The third hydrogen molecule is generated by the further hydrolysis of BH(OH)2NH3 in water solution.The rate-limiting step of the whole process is the combination of one H2O molecule and*BHNH3 with an energy barrier of 16.1 kcal/mol.Thus,Pt1/Gr-O is suggested to be a promising catalyst for hydrolysis of NH3BH3 at room temperature. 展开更多
关键词 Density functional theory Single atom catalysis Platinum Oxidized graphene Ammonia borane hydrolysis
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Effect of the interfacial electric field on the HER on Pt(111)modified with iron adatoms in alkaline media 被引量:1
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作者 Francisco J.Sarabia Víctor Climent Juan M.Feliu 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第11期2826-2836,共11页
The study of the hydrogen evolution reaction(HER)aimed to reach a deeper understanding of the parameters that control the rate of this reaction is of great importance given the technical relevance of hydrogen producti... The study of the hydrogen evolution reaction(HER)aimed to reach a deeper understanding of the parameters that control the rate of this reaction is of great importance given the technical relevance of hydrogen production as an energy vector in the so-called hydrogen economy.In previous works,laser-induced temperature jump(LITJ)experiments on Pt(111)modified with Ni(OH)_(2)in alkaline media have revealed the importance of the interfacial electric field in the rate of the HER.It was hypothesised that small amounts of Ni(OH)_(2)cause a decrease of the electric field because of a negative shift of the pzfc toward the onset of the hydrogen evolution.In this work,to test the validity of this hypothesis,the study has been extended to Pt(111)surfaces modified with Fe(OH)_(2).The modified surfaces have been studied voltammetrically,and the voltammetric charges have been analysed.The voltammograms show a peak in the hydrogen evolution region that suggest the transformation in the adlayer from Fe(II)to Fe(0).In agreement with the coulometric analysis,the voltammetric features in the OH adsorption region would be related with the oxidation to the+3 valence state.The results obtained with LITJ method reflect the existence of a strong interaction of the Fe oxophilic species with the water molecules,shifting the potential of maximum entropy away from the onset of the HER.Hence,the most catalytic surface is the one with the lowest Fe coverage. 展开更多
关键词 Hydrogen evolution reaction Iron adatoms Platinum single crystal pt(111) Laser induced temperature jump Interfacial electric field Potential of zero charge
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Pt单原子催化剂的构建和应用 被引量:4
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作者 张敏 魏娟娟 +1 位作者 欧阳津 那娜 《分析试验室》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1400-1410,共11页
不同于纳米和亚纳米催化,单原子催化在负载极低金属含量的同时能极大地提高金属原子的利用率,具有更优越的催化性能。单原子催化剂(SACs)是一种特殊的负载型金属催化剂,指载体上的所有金属组分都以单原子分散的形式存在。当催化剂的尺... 不同于纳米和亚纳米催化,单原子催化在负载极低金属含量的同时能极大地提高金属原子的利用率,具有更优越的催化性能。单原子催化剂(SACs)是一种特殊的负载型金属催化剂,指载体上的所有金属组分都以单原子分散的形式存在。当催化剂的尺寸是单原子级别时,其原子利用率达到了百分百,此时其能级结构、电子结构会发生根本性变化,表面自由能急剧增大,催化活性随之增加;但孤立的金属单原子容易聚集导致催化活性下降,因此能锚定单原子的载体尤为重要。载体既可以起到固定单原子的作用,又可以协同单原子提高反应催化活性,是催化领域的研究前沿。本文基于Pt单原子催化剂具有贵金属用量少、活性高、稳定性好、金属-载体相互作用强等优点,介绍了Pt单原子的几种载体,包括氧化物材料,有机金属框架(MOF)材料,碳基材料以及其他材料。对Pt单原子的表征方法以及Pt单原子催化剂在电催化析氢反应(HER),氧还原反应(ORR),CO氧化及其他方面的应用进行了概述,对Pt单原子材料的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 pt原子催化剂 载体 电催化析氢反应 氧还原反应 CO氧化
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电化学石英晶体微天平研究碱性介质中单层级铂原子修饰的金电极上甲醇的电催化氧化 被引量:2
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作者 黄钊 贾学恩 +5 位作者 谢青季 谭月明 黄素清 黄金花 孟越 姚守拙 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1105-1113,共9页
通过在Au电极表面欠电位沉积(UPD)Cu、再与Pt源(H2PtCl6或K2PtCl4)进行置换反应,制得单层级Pt原子修饰的金电极(对H2PtCl6或K2PtCl4,所制电极分别记为Pt(CuUPD-Pt4+)n/Au或Pt(CuUPD-Pt2+)n/Au,n表示欠电位沉积-置换过程的重复次数).用... 通过在Au电极表面欠电位沉积(UPD)Cu、再与Pt源(H2PtCl6或K2PtCl4)进行置换反应,制得单层级Pt原子修饰的金电极(对H2PtCl6或K2PtCl4,所制电极分别记为Pt(CuUPD-Pt4+)n/Au或Pt(CuUPD-Pt2+)n/Au,n表示欠电位沉积-置换过程的重复次数).用电化学石英晶体微天平(EQCM)技术定量研究了所制电极,评估了其在碱性环境中催化甲醇氧化的质量比活性(SECA).结果表明,以H2PtCl6为Pt源所制电极(Pt(CuUPD-Pt4+)3/Au)的活性更高,最大SECA高达35.7mAμg-1.根据EQCM结果计算了置换效率,籍此讨论了Pt原子在Au电极表面的层层组装结构,发现所制电极表面的裸Au位点分布百分数与实验结果(由AuOx还原峰电量测算)吻合.我们认为,EQCM技术是一种定量研究电极支撑的超薄催化剂的有效手段,这种高效的单层级贵金属催化剂有望在生物、能源、环境相关的电催化研究中进一步应用. 展开更多
关键词 Cu欠电位沉积 基于H2ptCl6或K2ptCl4的氧化还原置换 金电极支撑的层级pt原子 电化学石英晶体微天平 碱性环境中甲醇的电催化氧化
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