二元金属团簇/石墨炔复合体系电催化还原N2的理论研究
批准号:
12064036
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
37.0 万元
负责人:
葛桂贤
依托单位:
学科分类:
团簇物理
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
葛桂贤
中文摘要
为了解决N2还原NH3过程中面临的一个由氮活化和析氢竞争反应组成的困境,设计出具有高活性、高选择性且催化活性可以受应力调控的催化材料是目前需要解决的关键科学问题。本项目采用第一性原理对二元金属团簇/石墨炔(MxM’3-x/GDY)复合体系展开系统而深入地研究。探寻复合体系的结构和催化性质随团簇元素组分、配比的变化规律,分析复合体系内团簇与表面间复杂的相互作用,探讨应力对复合体系的结构和催化性质的调控,深层次理解复合体系内局域电子之间以及局域电子与离域电子之间的耦合机制,揭示影响催化性质的物理根源以及调控催化性质的途径和规律。本项目的顺利实施与成功将从理论上为设计高活性、高选择性的N2还原催化材料提供新思路和新途径。
英文摘要
To solve the dilemma of nitrogen activation and competitive reaction of hydrogen evolution, it is a key scientific issue to design the catalytic materials with high activity, high selectivtiy and facilely manipulated catalytic properties by strain. In this project, we will investigate the complex system of binary metal clusters/graphdiyne (MxM’3-x/GDY) using first principle calculation. We will search for the variations of structures and catalytic properties for the complex system with the changes of cluster size, component, proportion, and analyze the complicated interaction between cluster and surface, meanwhile discuss the response of the structure and catalytcic property of complex system to external strain, and reveal the physical essence of the impact factors for catalytic properties and methods and rules regulating the catalytic properties of clusters, and understand deeply coupling mechanism of the homogeneous atoms and heterogeneous atoms. The successful implementation of the project will provide theoretically new ideas and new ways in high activkity and high selectivity catalytic materials for nitrogen reduction.
本项目利用密度泛函理论(DFT)研究了石墨炔(GDY)负载过渡金属三原子团簇(M=Sc、Ti、V、Cr、 Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn)复合体系电催化合成氨的催化性质,高稳定性和超低起始电位(-0.17 V)使得Mn3@GDY是性能优异的催化剂。此外,Mn3@GDY还能有效抑制整个NRR过程中的析氢反应(HER)。同时我们采用DFT系统地研究了单原子修饰的v-Mo2CT2(v表示官能团缺陷)(T=O,F,OH,Cl和Li)(TM@v-Mo2CT2)的e-NRR催化性能。计算结果表明,Ir@v-Mo2CO2具有最低的-0.33V限制电位,并提出了*NNH中间体的吸附能(∆E(*NNH))的描述符,建立了与e-NRR极限电位(UL(NRR))的关系,发现在第一次质子化过程中,修饰的Ir原子与表面O端的协同作用导致了NRR性能提高。采用DFT和机器学习(ML)研究了锚定在单层T-C3N2(TM@T-C3N2)上的20种过渡金属(3d、4d和5d)的氮还原反应(NRR)活性。ML表明TM的Bader电荷(Q)和价电子(Na)分别在∆G*N2→*NNH和∆G*NH2→*NH3中起重要作用。由于-0.16V的低极限电位、出色的NRR选择性及化学和热稳定性,W@T-C3N2电催化剂表现出优异的NRR性能。其优异的催化活性源于N≡N键的更好活化以及在*N 吸收步骤中W-N的强烈相互作用。本研究使用DFT和ML在考虑电荷态的情况下系统研究了3d、4d和5d过渡金属原子掺杂C3B单层的NRR性能(TM@C3B)。我们发现富B条件有利于TM原子掺杂在C3B单层上。由于其较低的极限电势(UL)和优异的选择性,VC1+@C3B(UL:-0.39V)和VC0@C3B(UL:-0.45V)被证明是有前景的NRR电催化剂。本研究为优化高质量NRR电催化剂开辟了新途径。到目前为止,在该项目的资助下,已经发表了6篇SCI论文,培养硕士生12名。
二元合金团簇/MgO(001)/Ag(001)异质结磁性的电场调控
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批准号:11764034
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:44.0万元
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批准年份:2017
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负责人:葛桂贤
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依托单位:
支撑二元过渡金属团簇磁各向异性能的调控研究
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批准号:11464038
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:50.0万元
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批准年份:2014
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负责人:葛桂贤
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依托单位:
单分子磁体功能化石墨烯纳米带的磁性及输运性质研究
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批准号:21403144
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2014
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负责人:葛桂贤
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依托单位:
国内基金
海外基金