二维铂金催化氧还原反应的第一性原理计算

李傲杰

(华中科技大学中欧清洁与可再生能源学院，湖北 武汉 430000)

由于二维金属的奇异性质，近十年来人们对其进行了细致的研究。2014年，Rummeli小组用化学方法制备了单原子厚度的独立二维Fe[1]。受这一突破的鼓舞，从2015年到2019年分别制备了单原子厚度的Pt-Cu[2]、Mo[3]和Au[4]。目前，人们正积极地在电催化剂、电化学执行器、储能、电容、生物电化学等各个方面开发二维金属的应用。

最近，对过渡金属电催化剂表面应变的详细研究引发了进一步研究的热潮，突出了应变在表面吸附研究中的重要性，二维金属较为柔软，受表面吸附产生的应力影响容易产生晶格形变，晶格形变会带来表面吸附效应的改变，这种改变可以由d带中心理论来解释。

我们选取了氧还原反应中最典型的金属催化剂铂金，定量研究了吸附诱导产生的晶格扩张应变对二维金属催化性能的影响。结果表明，二维铂金材料会产生较大的应变，且应变与厚度和氧原子覆盖率成良好的线性关系。并且，在高覆盖率下，应力会使氧原子更容易被吸附在表面，在臭氧的气氛下，两层厚度的二维铂在其表面的理论覆盖率能达到100%，而三维铂金块体为67%。

1 实 验

1.1 计算工具

计算软件采用VASP，全名Vienna Ab initio Simulation Package，是由维也纳大学开发的量子物理模拟计算软件，其原理是基于密度泛函理论(DFT)，并在计算电子密度的波函数时以平面波的数学形式进行展开。VASP软件十分适合处理带有周期性边界条件的体系，并且由于其优秀的并行计算能力，若结合计算能力强大的计算机硬件资源，能对较大体系进行高效率的模拟计算。……