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单层石墨相氮化碳负载Pt4团簇吸附O2的第一性理论研究
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O641[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]福州大学化学系,福州350116, [2]成都理工大学核技术与自动化工程学院,成都610059, [3]常州大学材料与工程学院,江苏常州213164, [4]福建省理论与计算化学重点实验室,福建厦门361005, [5]福州大学、能源与环境光催化国家重点实验室,福州350002
  • 相关基金:国家自然科学基金(21203227,51574090)资助项目
中文摘要:

采用第一性原理密度泛函理论结合周期性平板模型模拟研究了Pt4团簇吸附单层石墨相氮化碳(g-C3N4)的几何结构和电子性质,以及氧气在其表面上的吸附行为。同时,对比分析了氧气在纯净的石墨相氮化碳和Pt4团簇上的吸附行为。计算结果表明,Pt4团簇吸附在3-s-三嗪环石墨相氮化碳表面,并与四个边缘氮原子成键,形成两个六元环时为最稳定构型。Pt4团簇倾向于吸附在三嗪环石墨相氮化碳的空位并与邻近三个氮原子成键。由于Pt与N原子较强的杂化作用,以及金属与底物之间较多电子转移增强了Pt4团簇吸附g-C3N4的稳定性。另外,对比分析了氧气在纯净的g-C3N4和金属吸附的g-C3N4上吸附行为,发现金属原子的加入促进了电子转移,同时拉长了O―O键长。Pt4吸附3-s-三嗪环g-C3N4比Pt4吸附三嗪环g-C3N4表现出微弱的优势,表现出明显的基底扭曲以及较大的吸附能。这些结果表明,化学吸附通过调节电子结构和表面性质增强催化性能的较好方法。

英文摘要:

The structural and electronic properties of Pt4 nanoparticles adsorbed on monolayer graphitic carbon nitride(Pt4/g-C3N4), as well as the adsorption behavior of oxygen molecules on the Pt4/g-C3N4 surface have been investigated through first-principles density-functional theory(DFT) calculations with the generalized gradient approximation(GGA). The interaction of the oxygen molecules with the bare g-C3N4 and the Pt4 clusters was also calculated for comparison. Our calculations show that Pt nanoparticles prefer to bond with four edge N atoms on heptazine phase g-C3N4(HGCN) surfaces, forming two hexagonal rings. For s-triazine phase g-C3N4(TGCN) surfaces, Pt nanoparticles prefer to sit atop the single vacancy site, forming three bonds with the nearest nitrogen atoms. Stronger hybridization of the Pt nanoparticles with the sp-2 dangling bonds of neighboring nitrogenatoms leads to the Pt4 clusters strongly binding on both types of g-C3N4 surface. In addition, the results from Mulliken charge population analyses suggest that there are electrons flowing from the Pt clusters to g-C3N4.According to the comparative analyses of the O2 adsorbed on the Pt4/HGCN, Pt4/TGCN, and pure g- C3N4 systems, the presence of metal clusters promotes greater electron transfer to oxygen molecules and elongates the O―O bond. Meanwhile, its greater adsorbate-substrate distortion and large adsorption energy render the Pt4/HGCN system slightly superior to the Pt4/TGCN system in catalytic performance. The results validate that being supported on g-C3N4 may be a good way to modify the electronic structure of materials and their surface properties improve their catalytic performance.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781