本文關(guān)鍵詞：二硫化鉬納米帶催化析氫活性及其調(diào)控的理論研究

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【摘要】：二硫化鉬(MoS_2)納米材料作為析氫反應(yīng)(HER)催化劑Pt的替代材料得到了研究人員的廣泛關(guān)注。其中,邊緣結(jié)構(gòu)對(duì)MoS_2納米帶催化析氫活性的影響甚為關(guān)鍵。通過施加應(yīng)力和引入缺陷等方式能夠顯著地改變MoS_2納米帶體系的幾何構(gòu)型、電子性質(zhì)和催化析氫活性。MoS_2納米帶的催化析氫活性及其調(diào)控的理論研究,對(duì)進(jìn)一步提高M(jìn)oS_2材料催化析氫活性、設(shè)計(jì)新型高效的電化學(xué)析氫反應(yīng)催化劑有著重要的意義。因此本文利用密度泛函理論系統(tǒng)地研究了不同MoS_2納米帶的催化析氫活性,期望我們的結(jié)論能夠?yàn)橐院驧oS_2材料催化析氫活性及其調(diào)控的研究帶來有意義的理論參考。本文第一章主要介紹了電化學(xué)析氫的原理,還有MoS_2的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用、制備方法以及MoS_2材料的催化析氫活性,并指出了本課題的研究目的和意義。第二章簡(jiǎn)要描述了計(jì)算的基本理論和所使用的VASP軟件程序包。在第三章中,我們系統(tǒng)地研究了邊緣結(jié)構(gòu)對(duì)MoS_2納米帶幾何結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)和析氫活性的影響。計(jì)算結(jié)果表明,邊緣結(jié)構(gòu)的差異能夠引起H原子和吸附位點(diǎn)S原子之間結(jié)合的強(qiáng)弱不同,說明MoS_2納米帶的邊緣結(jié)構(gòu)確實(shí)對(duì)其催化析氫的活性有著很大的影響。同時(shí),研究發(fā)現(xiàn)氫原子的吸附使納米帶具有了金屬的特性。最后得出結(jié)論,只有當(dāng)H原子與吸附位點(diǎn)的結(jié)合不強(qiáng)也不弱,對(duì)應(yīng)吉布斯自由能趨近于0 eV,納米帶的催化析氫活性才能達(dá)到最好。在第四章中我們分別研究了寬度、應(yīng)力和缺陷對(duì)MoS_2納米帶幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)的影響,探討了這些因素對(duì)MoS_2納米帶催化析氫活性的調(diào)控作用。計(jì)算結(jié)果表明,隨著寬度的增加,納米帶的穩(wěn)定性在逐漸增強(qiáng),而其析氫活性卻變化不大。因此可以知道,寬度對(duì)MoS_2納米帶析氫活性的調(diào)控效果并不明顯。此外,一定范圍內(nèi)的壓應(yīng)力可以改善MoS_2納米帶的催化析氫活性,而拉應(yīng)力對(duì)MoS_2納米帶析氫活性產(chǎn)生的卻是負(fù)效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)變達(dá)到-13%時(shí),析氫活性達(dá)到最高。空位缺陷的存在使得MoS_2納米帶中缺陷周圍的原子重新配位成鍵,從而影響了氫原子與吸附位點(diǎn)之間結(jié)合的強(qiáng)弱,進(jìn)一步導(dǎo)致了含不同缺陷的結(jié)構(gòu)析氫活性的差異性。我們發(fā)現(xiàn)在應(yīng)力和缺陷的作用下,費(fèi)米能級(jí)附近S原子與H原子的電子態(tài)產(chǎn)生一定的交疊,有利于MoS_2納米帶的催化析氫活性的提高。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1

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本文編號(hào)：1283033