金属合金催化剂氧代和氢化Pt（111）的比较研究

科学讲座3（2022）100025空间位阻和配体效应对金属和合金负载的氧代和氢化Pt（111）的伊恩·格雷戈里·沙特尔沃思诺丁汉特伦特大学科学与技术学院，诺丁汉NG11 8NS，英国A R T I C L E I N F O A B S T R A C T保留字：应变工程石墨烯二硫属化合物核壳纳米粒子氧还原反应析氢反应理解氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）的机理是发展现代能量储存和传输材料的这些材料所固有的技术对可持续的化学生产做出了重大贡献，在设计催化剂和催化剂网络时，其能源足迹是一个迫切需要关注的问题。在本报告中，未反应的和反应的单轴应变Pt（111）和层状（111）-Pt/Ni/Pt 3Ni和（111）-Pt/Ni/Pt3 Ni结构的比较研究已经被认为是适合于常规使用的单轴应变Pt（111）（DFT）。通过对氧和氢在所有表面高对称性结合位置上的结合能的分析，研究表明，与在等应变Pt（111）表面上的结合相比，氧和氢倾向于更强地结合在（111）-Pt/Ni/Pt 3 Ni表面上，而不太强地结合在通过比较不同密度泛函的预测，对计算结合能的误差进行了估计，并对导致这些能量差异的结合机制进行了批判性的比较分析。在吸附过程中覆盖的铁磁合金的表面的表面磁化强度的变化突出和讨论，以及在所有表面的d-带中心的行为，提供因果关系的机制变化的解释。本文的视频可以在j.sctalk.2022.100025上找到。https://doi.org/10.1016/图和表图1.一、（a）在MoS2薄膜中实现应变的机械方法的示意图和（b）实验实现。夹具向装载有MoS 2的衬底施加压力，这导致薄膜中产生应力。转载请注明出处[1]。版权所有2013年美国化学学会。通讯作者。电子邮件地址：ian. ntu.ac.uk。h tt p：//dx. 多岛或g/10。1016/j。我的天啊。20 22. 1 0 0 02 5接收于2022年4月27日;接受于2022年5月4日27 7 2 - 56 93/©2022TheA ut h or r. 由El sevieL td发布。 这是一个在C CB Y-NC-NDL ic en s e（http：//c re ati ve c o m on s）下的操作。or g/lic ens es/by-nc-n d/4。0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表科学讲座杂志首页：www.elsevier.es/sctalkI.G. Shuttleworth科学讲座3（2022）1000252图二、对应变二硫化钼的基本带隙进行了DFT后计算。通过外推，直接和间接带隙预计在约5%的应变下变得简并转载请注明出处[1]。版权所有2013年美国化学学会。图3.第三章。 该图显示了压缩应变为3.5%的石墨烯片。蓝色、红色和绿色的区域显示了压缩、延伸和平衡长度的碳键区域经许可转载[2]。图四、（a）示出了在图1中所示的应变石墨烯样品的狄拉克点处的电子能带结构的紧密带结果。3.第三章。对于经历拉伸应变的石墨烯区域，在K点处出现0.19 eV的带隙（b）与无应变情况相比，声子色散几乎没有变化经许可转载[2]。I.G. Shuttleworth科学讲座3（2022）1000253图五、 对于图1所示的应变石墨烯样品的区域，图3示出了经历压缩或低至零应变的电子能带结构的紧密带结果，其示出了不存在带隙。狄拉克点的深度低于费米能级在K确实表明，这些地区表现出自发的n-掺杂行为。（b）与无应变情况相比，声子色散几乎没有变化，如图2所示。四、经许可转载[2]。图六、 示意图显示了拉伸应变或约化配位对早期过渡金属的影响，这些金属具有（a）不到一半的d带。(b)示出了在降低的配位或拉伸应变下d带的变窄这意味着费米能级以下没有足够的态来容纳所有的电子，因此（c）d带的能量因此向下移动以容纳这些电荷。转载请注明出处[3]。I.G. Shuttleworth科学讲座3（2022）1000254图7.第一次会议。（a）（111）表面，和（b）未反应的纯Pt板的截面图。[4]转载请注明出处图8.第八条。（111）-Pt/Ni/Pt 3 Ni板的横截面图。[4]转载请注明出处I.G. Shuttleworth科学讲座3（2022）1000255图9.第九条。Pt（111）表面显示出高对称性的FCC（F）、HCP（H）、在顶部（O）和2-折叠桥（2）结合位置。[4]转载请注明出处图10个。（a）氧和（b）氢在Pt（111）上FCC（正方形）、HCP（圆形）、2倍（×）和顶部（+）高对称性结合位置上吸附的吸附能Eads与应变σ曲线。 这些结合位置显示在图1中。9.第九条。[4]转载请注明出处I.G. Shuttleworth科学讲座3（2022）1000256图十一岁（a）和（b）显示了（111）-Pt/Ni/Pt3Ni平板表面Pt层中不同的高对称性FCC（FA和FB）、HCP（HA和HB）、on-top（OA和OB）和2-fold（2A、2B和2C）结合位置。 为了显示与图1A和1B中所示的纯Pt（111）板相比如何出现这种大量不同的结合位置。在图7和图9中，（b）示出了与（a）相同的结构，但是表面Pt（第二层Ni）原子被由实线（虚线）限定的未填充的圆替代。[4]转载请注明出处图12个。（a）Pt/Ni/Pt 3 Ni（111）和（b）O-Pt/Ni/PtNi 3（111）板片的平面平均自旋密度，它们的一面与氧气反应（“反应表面”），另一面是干净的（“未反应表面”）。对于本文提出的数值计算结果，只考虑了对称板（即，考虑两个表面都反应或未反应的那些）。[4]转载请注明出处I.G. Shuttleworth科学讲座3（2022）1000257表图1 O在纯Pt（111）板上的吸附能的总结-如图1和2所示。7和9-对于各种菌株。LDA和GGA是在模拟中使用的密度[4]转载请注明出处装订位置应变O/Pt（111）σLDAGGA置顶1.000-2.895-2.2630.980–-2.1680.978-2.773–0.924–-3.7600.918-4.842–FCC1.000-3.913-3.1000.980–-2.9960.978-3.780–0.924–-4.3130.918-5.622–HCP1.000-4.159-3.2780.980–-3.1460.978-3.989–0.924–-4.2860.918-5.666–2倍1.000-4.596-3.6920.980–-3.5410.978-4.402–0.924--4.6660.918-6.027-表2O在（111）-Pt/Ni/Pt 3 Ni上的吸附能的总结如图1A和1B所示。8和11-和Pt/Ni/PtNi3板片的各种应变。LDA和GGA是在模拟中使用的密度泛函[4]转载请注明出处装订位置O/（111）-Pt/Ni/Pt3NiO/（111）-Pt/Ni/PtNi3LDAGGALDAGGA置顶一-3.496-2.782-3.382-2.672B-3.441-2.701-3.390-2.668FCC一-4.861-3.805-4.389-3.442B-4.887-3.825-4.424-3.450HCP一-4.625-3.589-4.203-3.239B-4.558-3.526-4.201-3.2412倍一-4.332-3.366-4.102-3.178B-4.578-3.328-4.153-3.203C-4.337-3.356-4.067-3.138表图3 H在纯Pt（111）板上的吸附能的总结-如图1和2所示。7和9-对于各种菌株。LDA和GGA是在模拟中使用的密度经许可，已改编[4]。装订位置应变中文（简体）σLDAGGA置顶1.000-2.416-1.5890.980–-1.5860.978-2.400–0.924–-2.9760.918-4.283–FCC1.000-2.426-1.5470.980–-1.5190.978-2.380–0.924–-2.9060.918-4.2664–HCP1.000-2.440-1.5470.980–-1.5130.978-2.387–0.924–-2.8070.918-4.161–2倍1.000-2.467-1.5790.980–-1.5350.978-2.403–0.924–-2.8180.918-4.188-I.G. Shuttleworth科学讲座3（2022）1000258表4H在（111）-Pt/Ni/Pt 3 Ni-上的吸附能的总结示于图2A和2B中。8和11-和Pt/Ni/PtNi3板片的各种应变。LDA和GGA是在模拟中使用的密度泛函[4]转载请注明出处装订位置H/（111）-Pt/Ni/Pt3NiH/（111）-Pt/Ni/PtNi3LDAGGALDAGGA置顶一-2.833-1.879-2.861-1.919B-2.867-1.906-2.833-1.881FCC一-2.998-1.992-2.813-1.895B-3.016-2.010-2.829-1.892HCP一-2.988-1.979-2.835-1.910B-2.997-1.989-2.848-1.9082倍一-2.940-1.940-2.859-1.911B-2.952-1.953-2.875-1.908C-2.947-1.947-2.846-1.895表5未反应的（111）-Pt/Ni/Pt 3 Ni和Pt/Ni/PtNi 3板上的表面Pt原子的磁矩的总结-显示在图2A和2B中。8和11-吸附后进入高对称位置。每个自旋矩以μB为单位给出。 对于反应的表面，Pt原子是离反应物-氧或氢最近的邻居。括号中的数字是反应物的自旋矩LDA和GGA是在模拟中使用的密度泛函[4]转载请注明出处装订位置O/（111）-Pt/Ni/Pt3NiO/（111）-Pt/Ni/PtNi3LDAGGALDAGGA置顶一0.263（0.575）0.303（0.641）0.310（0.543）0.422（0.649）B0.257（0.565）0.321（0.654）0.251（0.499）0.403（0.632）FCC一0.049（0.007）0.068（0.003）0.028（-0.008）0.039（-0.001）B0.038（-0.010）0.047（-0.020）0.032（0.004）0.042（0.008）HCP一0.040（-0.014）0.074（-0.014）0.030（-0.015）0.056（0.004）B0.042（-0.008）0.073（-0.002）0.028（-0.020）0.051（-0.003）2倍一0.052（0.045）0.095（0.090）0.026（-0.004）0.032（0.013）B0.037（-0.004）0.072（0.040）0.024（0.007）0.035（0.025）C0.133（0.041）0.186（0.078）0.069（-0.007）0.102（0.016）未反应-0.1800.2160.1880.211装订位置H/（111）-Pt/Ni/Pt3NiH/（111）-Pt/Ni/PtNi3LDAGGALDAGGA置顶一0.033（-0.008）0.035（-0.015）0.024（-0.008）0.028（-0.012）B0.034（-0.010）0.033（-0.017）0.025（-0.007）0.027（-0.010）FCC一0.072（-0.001）0.090（-0.002）0.063（-0.001）0.064（-0.002）B0.080（-0.002）0.088（-0.003）0.051（-0.001）0.061（-0.003）HCP一0.074（-0.002）0.093（-0.003）0.077（-0.001）0.071（-0.002）B0.081（-0.002）0.088（-0.003）0.054（-0.001）0.066（-0.002）2倍一0.059（-0.003）0.073（-0.005）0.046（-0.002）0.051（-0.004）B0.065（-0.003）0.070（-0.005）0.045（-0.002）0.050（-0.004）C0.106（-0.002）0.116（-0.004）0.074（-0.002）0.089（-0.004）信用作者声明N/A致谢这项工作得到了作者作为英国HEC M a t er i a l s C h e m i s t ry Co n s o r t u m成员的支持，该C o n s o r t u m由E P S R C（E P /L000202 ） 创 立 ， 并 使 用 了 ARCHER UK National SupercomputingService（h t t p：/ /w w w. a rc he r. 梭uk）。竞争利益声明作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。引用[1] H.J. 康利湾Wang，J.I.Ziegler，R.F.小哈格伦德S.T. Pantelides，K.I.Bolotin，应变单层和双层MoS 2的带隙工程，Nano Lett. 13（2013）3626 -3630，http：/ /www. 或g/10。1021/nl 40 1 4 7 4 8.I.G. Shuttleworth科学讲座3（2022）1000259[2] 联合Monteverde，J.帕尔，硕士米廖拉托湾米苏斯大学班格特河赞河喀什提班，D. Powell，Under pressure：control of strain，phonons and bandgap opening inrippledgraphene ， Carbon91 （ 2015 ） 266- 274 ， https ： // doi.org/10.1016/j。ca rb on.2015. 四点零四分[3] S. Schnur，A.Growthy，应变和协调效应在早期过渡金属的吸附性能h tt ps：//do i. 或g/10。110 3/Ph ys Rev B. 8 1. 03 3 4 02.[4] I.G. Shuttleworth，应 变和 合金 支撑 Pt （ 111 ） 单层 上 氧和 氢吸 附 的比 较研 究 ，Magnetochemistry 7（2021）101，https：//doi。org/10.3390/magnetochemistry7070101。IanShuttleworth的职业生涯始于剑桥大学卡文迪什实验室的表面物理学博士学位。他曾在诺丁汉大学和罗格斯大学担任博士后职位，然后接受诺丁汉特伦特大学的教职