【摘 要】
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VS2是重要的析氢反应（HER）催化剂,其催化活性代表了当前过渡金属硫化物（TMDs）的最佳水平,有望替代贵金属Pt成为高效而廉价的催化剂。然而,以往基于氢吸附模型的计算忽略了水环境
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VS2是重要的析氢反应（HER）催化剂,其催化活性代表了当前过渡金属硫化物（TMDs）的最佳水平,有望替代贵金属Pt成为高效而廉价的催化剂。然而,以往基于氢吸附模型的计算忽略了水环境及界面电场的影响,并且缺乏反应动力学的研究,因而未能对实验研究提供理论指导。此外,VS2的HER活性与其本征的铁磁性有关,而点缺陷的引入会对其磁性和HER催化活性均产生影响。本文运用第一性原理方法研究了S空位对单层2H-VS2的磁性和催化活性的影响,在此基础上,分析了VS2的Pourbaix相图及电双层结构特征,并通过过渡态计算研究了VS2的HER活性和反应动力学机理,具体研究成果如下:1.单层2H-VS2的本征铁磁性是其具有HER活性的原因。2.S空位的引入导致V原子的平均磁矩降低,使得单层2H-VS2由铁磁序变为亚铁磁序,进而导致HER活性下降。3.在标准状况附近,2H-VS2基平面的氢覆盖度约为12.5%,电双层内的水合质子浓度高达8.3%,有利于Heyrovsky反应的发生。4.2H-VS2/H2O电双层内的HER反应路径为Volmer-Heyrovsky,Heyrovsky反应为速率限制步骤,总反应势垒为1.0 eV。这表明2H-VS2的HER活性低于1T-VS2。5.在标准状况附近,1T-VS2边沿的氢覆盖度高达75%,电双层内的水合质子浓度低于8.3%,有利于Tafel反应的发生。
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