化学学报 ›› 2021, Vol. 79 ›› Issue (2): 216-222.DOI: 10.6023/A20090435 上一篇
研究论文
投稿日期:
2020-09-21
发布日期:
2020-11-06
通讯作者:
张欣
作者简介:
基金资助:
Si Wang1, Jialing Ma1, Lifang Chen1, Xin Zhang1,*()
Received:
2020-09-21
Published:
2020-11-06
Contact:
Xin Zhang
Supported by:
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双金属氢氧化物(LDH)是催化析氧反应(OER)活性最佳的一类催化剂, 其中揭示双金属位点的协同作用是进一步提升其电催化、光催化性能的关键. 本工作采用密度泛函方法, 从理论计算角度探究了五种MN3+-LDH (M2+= Co2+、Ni2+, N3+=Al3+、Cr3+、Mn3+、Fe3+)在催化OER中的反应机制和双金属位点的协同作用. 研究结果表明, 在电催化OER中, 氧物种以桥连的方式同时吸附在双金属位点上, 双位点协同作用降低了OER中的电势决定步骤的自由能变, 并有效降低了电催化OER的过电位. Ni3Fe-LDH在五种LDH中具有最高的电催化OER活性. 在光催化OER中, 双金属协同作用影响了LDH的带隙、功函数及驱动力, 进而决定了LDH光催化OER的能力. 所研究的五种LDH均为可见光响应, 其中Ni3Cr-LDH由于其驱动力大于过电位而被预测为良好的OER光催化剂.
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双金属氢氧化物 | 原子 | (100)晶面 | (100)-O | (100)-OH | (100)-OOH |
---|---|---|---|---|---|
Co3Mn-LDH | Co | 0.47 | 0.75(0.28) | 0.70(0.23) | 0.69(0.22) |
Mn | 0.64 | 0.90(0.26) | 0.92(0.28) | 0.83(0.19) | |
Co3Fe-LDH | Co | 0.49 | 0.78(0.29) | 0.71(0.22) | 0.69(0.20) |
Fe | 0.61 | 0.90(0.29) | 0.84(0.23) | 0.85(0.24) | |
Ni3Fe-LDH | Ni | 0.53 | 0.72(0.19) | 0.64(0.11) | 0.68(0.15) |
Fe | 0.67 | 1.04(0.37) | 0.97(0.30) | 0.94(0.27) |
双金属氢氧化物 | 原子 | (100)晶面 | (100)-O | (100)-OH | (100)-OOH |
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Co3Mn-LDH | Co | 0.47 | 0.75(0.28) | 0.70(0.23) | 0.69(0.22) |
Mn | 0.64 | 0.90(0.26) | 0.92(0.28) | 0.83(0.19) | |
Co3Fe-LDH | Co | 0.49 | 0.78(0.29) | 0.71(0.22) | 0.69(0.20) |
Fe | 0.61 | 0.90(0.29) | 0.84(0.23) | 0.85(0.24) | |
Ni3Fe-LDH | Ni | 0.53 | 0.72(0.19) | 0.64(0.11) | 0.68(0.15) |
Fe | 0.67 | 1.04(0.37) | 0.97(0.30) | 0.94(0.27) |
双金属氢氧化物 | Eg/eV | k-vector of VBM | k-vector of CBM | W/eV | EVBM/eV | ECBM/eV | Edf/eV | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Ni3Cr-LDH | 1.943 | 0.893 | 0.286 | 4.834 | –5.805 | –3.862 | 0.485 | ||
Ni3Al-LDH | 2.525 | 0.000 | 0.892 | 4.162 | –5.424 | –2.899 | 0.104 | ||
Co3Mn-LDH | 1.705 | 0.785 | 0.000 | 3.922 | –4.774 | –3.069 | –0.545 | ||
Co3Fe-LDH | 1.554 | 1.000 | 0.214 | 3.924 | –4.701 | –3.147 | –0.619 | ||
Ni3Fe-LDH | 1.214 | 0.892 | 0.000 | 3.674 | 4.281 | –3.067 | –1.039 |
双金属氢氧化物 | Eg/eV | k-vector of VBM | k-vector of CBM | W/eV | EVBM/eV | ECBM/eV | Edf/eV | ||
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Ni3Cr-LDH | 1.943 | 0.893 | 0.286 | 4.834 | –5.805 | –3.862 | 0.485 | ||
Ni3Al-LDH | 2.525 | 0.000 | 0.892 | 4.162 | –5.424 | –2.899 | 0.104 | ||
Co3Mn-LDH | 1.705 | 0.785 | 0.000 | 3.922 | –4.774 | –3.069 | –0.545 | ||
Co3Fe-LDH | 1.554 | 1.000 | 0.214 | 3.924 | –4.701 | –3.147 | –0.619 | ||
Ni3Fe-LDH | 1.214 | 0.892 | 0.000 | 3.674 | 4.281 | –3.067 | –1.039 |
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