2D単層MnドープMoS_2材料の役割の解明:H_2発生反応のための効率的電極触媒に向けて【JST・京大機械翻訳】

Ekka Joy; Upadhyay Shrish Nath; Keil Frerich J.; Pakhira Srimanta

文献

J-GLOBAL ID：202202287592745224 整理番号：22A0286093

2D単層MnドープMoS_2材料の役割の解明:H_2発生反応のための効率的電極触媒に向けて【JST・京大機械翻訳】

Unveiling the role of 2D monolayer Mn-doped MoS₂ material: toward an efficient electrocatalyst for H₂ evolution reaction

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著者 (4件)： , , ,
資料名：
巻： 24 号： 1 ページ： 265-280 発行年： 2022年
JST資料番号： A0271C ISSN： 1463-9076 CODEN： PPCPFQ 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：イギリス (GBR) 言語：英語 (EN)

二次元(2D)単層のMoS_2遷移金属ジカルコゲン化物(TMD)は,水素発生反応(HER)のための非貴金属電極触媒としての適用可能性のために,最も研究されている材料である。以前の研究では,2D MoS_2の基底面が触媒的に不活性であり,従って,産業における電気化学HERのような望ましい応用に直接使用できないことを示した。ここでは,欠陥加工Mnドープ2D単層MoS_2(Mn-MoS_2)材料を徹底的に研究し,Mnを元のMoS_2にドープし,その不活性基底面を活性化した。密度汎関数理論(DFT)法を用いて,効果的なHERのための貴金属フリー触媒の有望な代替として,2D単層Mn-MoS_2の電子構造と特性の厳密な検査を行った。単層Mn-MoS_2の周期的2Dスラブを作成し,電子特性(バンドギャップ,バンド構造および全状態密度(DOS))およびこの材料の表面で生じる反応経路を調べた。詳細なHER機構を,反応障壁と速度論を決定するために,溶媒和効果を含むM06-L DFT法を用いて,Mn_1Mo_9S_21非周期的有限分子クラスタモデルシステムを作成して調べた。本研究は,2D Mn-MoS_2がH_2発生時に非常に低いエネルギー障壁を有する最も好ましいVolmer-Heyrovsky反応機構に従うことを明らかにした。H+移動(すなわち,Volmer)とHeyovsky反応中の自由エネルギー障壁(ΔG)の変化は,約10.34~10.79kcal mol-1(溶媒相で計算)であり,この材料がHERの例外的な電極触媒であることを示した。Tafel勾配(y)は,2D単層Mn-MoS_2材料の場合,それぞれ,VolmerとHeyrovsky反応段階の両方のHOMOとLUMO遷移状態(TS1とTS2)におけるMn原子の水素とd軌道のs軌道の重なりにより低かった。HER律速段階Heyovsky TS2における原子軌道のより良い安定化は,反応障壁を低減するための鍵であり,従って,H_2発生のためのより良い電極触媒性能を示した。本研究は,地球豊富な遷移金属ジカルコゲン化物(TMD)を用いたHERのための低コストかつ効率的な電極触媒の設計,及び高い反応性を達成するために反応の速度論を精査することにより活性化エネルギー障壁の減少に焦点を当てた。Copyright 2022 Royal Society of Chemistry All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.【JST・京大機械翻訳】

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塩 , 半導体結晶の電子構造 , 金属酸化物及び金属カルコゲン化物の結晶構造 , 物理的手法を用いた吸着の研究 , その他の触媒

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