标题:Modulating the stability,electronic and reactivity properties ofsingle-atomcatalyst anchored graphene by coordination environments此课题组通过使用密度泛函理论(DFT)计算对比探究了带有不同种类和数量的配位B和N原子(xB-yN-graphene-SAs, x + y = 1 ~ 3)的锚定在石墨烯上的单原子Fe催化剂的形成的几何、电子性质及催化活性。发现配位的1B,1N,2B-1N原子比起其他配位结构可以更有效地控制SAs Fe催化剂的稳定性,这些形成的构型表现出高的热稳定性。在这些xB-yN-graphene-Fe薄片中,3N-graphene-Fe的形成表现出对单个气体分子和共吸附气体反应物的高气体传感。同时,通过促进吸附物和底物之间的电荷转移,这些气体吸附系统表现出各种电子和磁性质。经过研究用于NO和CO 氧化的Langmuir-Hinshelwood (LH) 和 Eley-Rideal (ER) 机制,1B-1N- graphene -Fe和1B- graphene-Fe片表现出更大活性(< 0.5 eV)比其他反应底物。这个结果提供了SAs石墨烯基材料通过改变配位环境对电子特性和内在活性的调控机制的基本理解。要点一:此课题组发现配位的1B,1N,2B-1N原子比起其他配位结构可以更有效地控制SAs Fe催化剂的稳定性,这些形成的构型表现出高的热稳定性。要点二:在这些xB-yN-graphene-Fe薄片中,3N-graphene-Fe的形成表现出对单个气体分子和共吸附气体反应物的高气体传感。同时,通过促进吸附物和底物之间的电荷转移,这些气体吸附系统表现出各种电子和磁性质。要点三:经过研究用于NO和 CO 氧化的Langmuir-Hinshelwood(LH) 和 Eley-Rideal (ER) 机制,1B-1N- graphene -Fe和1B- graphene-Fe片表现出更大活性(< 0.5 eV)比其他反应底物。

图1:气体反应物的稳定几何形状,包括 (a)-(b) CO、(c)-(d) NO、(e)-(f) O2和 (g)-(h) O吸附在SV-graphene-Fe和3N-graphene-Fe片上。

图2:电荷密度差和自旋电荷分布(a)-(b) NO、(c)-(d) CO、(e)-(f) O和(g)-(h) O2吸附在 3N-graphene-Fe片上。

图3:(a)NO、(b) CO 和 (c) O2吸附的3N-graphene-Fe系统的DOS图,固体(虚线)黑色和红色曲线代表graphene-Fe的TDOS和Fe3d 状态的PDOS没有(有)气体吸附,绿色虚线分别代表NO、CO 或O2的LDOS。
WeiguangChen, Yanan Tang, Hongwei Zhang, Jinlei Shi, Zhiwen Wang, Yingqi Cui, Da Teng,Zhaohan Li, Xianqi Dai. Modulating the stability, electronic and reactivity propertiesof single-atom catalyst anchored graphene by coordination environments. PhysicaE: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2021. https://doi.org/10.1016/j.physe.2021.114975DOI: 10.1016/j.physe.2021.114975
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