二硫化钼纳米带催化析氢活性及其调控的理论研究

发布时间：2017-12-12 15:34

  本文关键词：二硫化钼纳米带催化析氢活性及其调控的理论研究

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【摘要】：二硫化钼(MoS_2)纳米材料作为析氢反应(HER)催化剂Pt的替代材料得到了研究人员的广泛关注。其中,边缘结构对MoS_2纳米带催化析氢活性的影响甚为关键。通过施加应力和引入缺陷等方式能够显著地改变MoS_2纳米带体系的几何构型、电子性质和催化析氢活性。MoS_2纳米带的催化析氢活性及其调控的理论研究,对进一步提高MoS_2材料催化析氢活性、设计新型高效的电化学析氢反应催化剂有着重要的意义。因此本文利用密度泛函理论系统地研究了不同MoS_2纳米带的催化析氢活性,期望我们的结论能够为以后MoS_2材料催化析氢活性及其调控的研究带来有意义的理论参考。本文第一章主要介绍了电化学析氢的原理,还有MoS_2的结构、应用、制备方法以及MoS_2材料的催化析氢活性,并指出了本课题的研究目的和意义。第二章简要描述了计算的基本理论和所使用的VASP软件程序包。在第三章中,我们系统地研究了边缘结构对MoS_2纳米带几何结构、电子性质和析氢活性的影响。计算结果表明,边缘结构的差异能够引起H原子和吸附位点S原子之间结合的强弱不同,说明MoS_2纳米带的边缘结构确实对其催化析氢的活性有着很大的影响。同时,研究发现氢原子的吸附使纳米带具有了金属的特性。最后得出结论,只有当H原子与吸附位点的结合不强也不弱,对应吉布斯自由能趋近于0 eV,纳米带的催化析氢活性才能达到最好。在第四章中我们分别研究了宽度、应力和缺陷对MoS_2纳米带几何结构和电子性质的影响,探讨了这些因素对MoS_2纳米带催化析氢活性的调控作用。计算结果表明,随着宽度的增加,纳米带的稳定性在逐渐增强,而其析氢活性却变化不大。因此可以知道,宽度对MoS_2纳米带析氢活性的调控效果并不明显。此外,一定范围内的压应力可以改善MoS_2纳米带的催化析氢活性,而拉应力对MoS_2纳米带析氢活性产生的却是负效应。当产生的应变达到-13%时,析氢活性达到最高。空位缺陷的存在使得MoS_2纳米带中缺陷周围的原子重新配位成键,从而影响了氢原子与吸附位点之间结合的强弱,进一步导致了含不同缺陷的结构析氢活性的差异性。我们发现在应力和缺陷的作用下,费米能级附近S原子与H原子的电子态产生一定的交叠,有利于MoS_2纳米带的催化析氢活性的提高。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1

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本文编号：1283033