掺杂对TiC_(2)纳米片析氢反应的第一性原理研究

过渡金属二碳族化物单层作为一种廉价而丰富的材料,在制氢催化剂方面的应用越来越受到人们的关注.在这项工作中,基于第一性原理计算研究了掺杂二碳化钛单层的析氢还原.我们发现掺杂元素和浓度对单分子膜的催化能力有强烈的影响.结果表明,在高氢覆盖率内,O和V掺杂能有效的降低氢吸附的吉布斯自由能.低密度掺杂可以提高催化能力.我们进一步研究表明,由于V原子在二碳化钛(TiC_(2))单层中具有最低的负形成能,因此比其他过渡金属原子更容易取代Ti原子.期望掺钒TiC_(2)单分子膜能以更高的效率应用于水电解.

应变对析氢反应催化剂TiC_(2)性能影响的研究

应变工程是一种有效地用来调整原子薄膜材料的电子、磁性和光学性能的策略.利用第一性原理计算,我们表明应变也可以有效地调节Ti C_(2)的析氢反应(HER)的催化活性,这是电解水电化学制氢所必需的.我们主要考虑0-8%范围的拉伸应变,研究发现,在25%的氢覆盖率下双轴拉伸比单轴拉伸能更有效的提高HER活性,但b方向拉伸后的Ti C_(2)结构具有更高的氢最大覆盖率,且b方向的拉伸应变对不同氢覆盖率的Ti C_(2)单层片的催化性能都有很大的提高.电子结构计算表明,拉伸应变可以激活相对惰性的内部价电子,从而引起体系的失稳和催化活性的提高.在本工作中获得的见解可能有助于利用应变作为一种有效手段来提高二维材料的催化活性,并探索更有效地调整其电子结构和催化活性的新方法.