基于二维Cu
【摘要】： 自工业革命以来,化石能源一直是世界能源供应的主要来源。然而,其过度使用已经引起了能源枯竭,并且对环境造成了非常严重的污染,这促使全世界各国都在积极寻找廉价、可靠和清洁的新型能源。氢气以其能量密度高、资源丰富、无污染的特点,正成为取代传统化石燃料的理想绿色能源。电化学水解离技术不仅生产氢效率高,而且纯度高、无污染,比许多其他技术更具有实用性。然而,电催化析氢反应(HER,2H~++2e~-=H_2)是一个缓慢的动力学过程,因此开发廉价高效的析氢催化剂已经成为电解水制氢技术大规模实施的关键。基于密度泛函理论(DFT)模拟,我们系统研究了二维单层Cu_2X(X=Si和Ge)体系的结构和析氢催化活性。计算结果发现,单层Cu_2X(X=Si和Ge)可以呈现出良好的HER催化活性,X(X=Si和Ge)原子上方是析氢催化反应的最佳活性位点。进一步,我们提出引入单空位缺陷(尤其在Cu_2X中引入X缺陷)可以作为一个有效策略去显著提高Cu_2X(X=Si和Ge)的表面析氢催化活性。其后,我们分别对纯的和引入单空位缺陷后的Cu_2X(X=Si和Ge)体系进行了不同氢覆盖率下的HER催化活性的研究,发现这些体系均能在一个宽的氢覆盖率范围内依然保持优异的HER催化活性。此外,计算结果也表明Cu_2X(X=Si和Ge)体系具有良好的导电性和结构稳定性,这对析氢催化性能也是十分有利的。因此,这些二维纳米材料非常有希望成为廉价高效HER催化剂的优秀候选者。总之,这项工作能为基于二维Cu_2X(X=Si和Ge)纳米体系的廉价高效HER电催化剂的设计和实际应用提供有价值的理论指导。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2021
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