二维TiC层表面H2的化学吸附与物理吸附

第一性原理计算研究发现由于二维TiC单原子层具有高的比表面积与大量的暴露在表面的Ti原子,其是一种非常有潜力的储氢材料.计算结果显示H2可以在二维TiC单原子层表面进行物理吸附与化学吸附.其中化学吸附能为每个氢分子0.36 eV,物理吸附能是每个氢分子0.09 eV.覆盖度为1和1/4层(ML)时,H2分子在二维TiC单原子层表面的离解势垒分别为1.12和0.33 eV.因此,除了物理吸附与化学吸附,TiC表面还存在H单原子吸附.最大的H2储存率可以达到7.69％(质量分数).其中,离解的H原子、化学吸附的H2、物理吸附的H2的储存率分别为1.54％、3.07％、3.07％.符合Kubas吸附特征的储存率为3.07％.化学吸附能随覆盖度的变化非常小,这有利于H2分子的吸附与释放.     

二维TiC 层表面H2的化学吸附与物理吸附

第一性原理计算研究发现由于二维TiC单原子层具有高的比表面积与大量的暴露在表面的Ti原子,其是一种非常有潜力的储氢材料.计算结果显示H2可以在二维TiC单原子层表面进行物理吸附与化学吸附.其中化学吸附能为每个氢分子0.36 eV,物理吸附能是每个氢分子0.09 eV.覆盖度为1和1/4层(ML)时,H2分子在二维TiC单原子层表面的离解势垒分别为1.12和0.33 eV.因此,除了物理吸附与化学吸附,TiC表面还存在H单原子吸附.最大的H2储存率可以达到7.69%(质量分数).其中,离解的H原子、化学吸附的H2、物理吸附的H2的储存率分别为1.54%、3.07%、3.07%.符合Kubas吸附特征的储存率为3.07%.化学吸附能随覆盖度的变化非常小,这有利于H2分子的吸附与释放.     

二维TiC 层表面H2的化学吸附与物理吸附

第一性原理计算研究发现由于二维TiC 单原子层具有高的比表面积与大量的暴露在表面的Ti 原子,其是一种非常有潜力的储氢材料. 计算结果显示H₂可以在二维TiC 单原子层表面进行物理吸附与化学吸附. 其中化学吸附能为每个氢分子0.36 eV,物理吸附能是每个氢分子0.09 eV. 覆盖度为1和1/4层（ML）时,H₂分子在二维TiC 单原子层表面的离解势垒分别为1.12 和0.33 eV. 因此,除了物理吸附与化学吸附,TiC 表面还存在H单原子吸附. 最大的H₂储存率可以达到7.69%（质量分数）. 其中,离解的H原子、化学吸附的H₂、物理吸附的H₂的储存率分别为1.54%、3.07%、3.07%. 符合Kubas吸附特征的储存率为3.07%. 化学吸附能随覆盖度的变化非常小,这有利于H₂分子的吸附与释放.     

二维M_2XO_(2-2x)(OH)_(2x)(M=Ti,V;X=C,N)析氢催化活性的第一性原理研究

MXene是一种新型的二维析氢催化材料,其表面容易被亲水基团O和OH混合覆盖。我们基于第一性原理计算的方法,研究了M_2XO_(2-2x)(OH)_(2x)(M=Ti,V;X=C,N)的析氢催化活性。计算结果显示,M_2XO_(2-2x)(OH)_(2x)的析氢催化活性与其表面OH覆盖率(X)密切相关。对Ti_2CO_(2-2x)(OH)_(2x)来说,OH覆盖率不超过1/3时,具有优异的析氢催化活性。对Ti_2NO_(2-2x)(OH)_(2x)、V_2CO_(2-2x)(OH)_(2x)和V_2NO_(2-2x)(OH)_(2x)来说,OH覆盖率分别达到4/9、1/3和5/9时,才具有最佳的析氢催化活性。接着,电荷分析显示OH覆盖率会显著影响M_2XO_(2-2x)(OH)_(2x)活性位点O基团的电荷量。最后,我们从态密度的角度揭示了析氢催化活性变化的原因,即活性位点O基团的氧化性随OH覆盖率的增大而被削弱。因此,本文提出了调节表面OH覆盖率来获取M_2XO_(2-2x)(OH)_(2x)最佳析氢催化活性状态的方法,这在工业制氢生产过程中具有重要的应用价值。     

基于Ti3C2-MXene的太阳能界面水汽转换

水资源匮乏是现代化发展中面临的全球性问题,太阳能界面水汽转换(Interfacial Solar Steam Generation,ISSG)是一种高效、绿色、低成本进行海水淡化和废水处理的方法.ISSG使用绿色的太阳能作为热源,通过光热转换并将热限制在水气界面上以高效产生蒸气,然后经过冷凝收集获得清洁水.设计和构筑具...     

Ti,Na与O2反应机理的理论研究

基于MP2/6-311+G(d)水平, 分别对过渡金属Ti和碱金属Na与O2的反应机理进行了研究. 比较了Ti和Na分别以垂直O—O键和沿着O—O键的方向逼近O2, 以及中性体系Ti/Na+O2和带1个负电荷的体系(Ti/Na+O2)-的情况. 详细分析了不同反应路径的结合能和电荷变化的曲线, 预测了最佳反应方式. 结果表明, 垂直接近方式要比水平接近方式更具有优势; 体系带一个负电荷(Ti/Na+O2)-有利于金属与O2的结合. 同时, 计算结果表明在Ti+O2和(Ti+O2)-体系中Ti容易与单态的O2结合; 在中性体系中Na也容易与单态O2结合, 而在(Na+O2)-体系中Na与三态O2的结合更稳定. 在CCSD(T)/6-311++G(3df)//MP2/6-311+G(d)水平下, 计算了Ti+O2和(Ti+O2)-的反应势能面.     

Ti3C2Tx/Au@Pt纳米花复合膜的制备及其无酶H2O2传感器的应用

基于二维过渡金属碳化物(MXene)-Ti_3C_2T_x材料的导电性与Au@Pt纳米花的催化活性,组装了一种用于超灵敏和快速检测H_2O_2含量的Ti_3C_2T_x/Au@Pt纳米花无酶传感器。通过发射扫描电镜和X-射线衍射对制备的Ti_3C_2T_x进行表征。结果表明Ti_3C_2T_x材料表现出特有的手风琴结构,Ti_3C_2T_x/Au@Pt为以Au粒子为中心,Pt粒子环绕周围组成蒲公英状纳米球。研究了H_2O_2在Ti_3C_2T_x/Au@Pt纳米花修饰玻碳电极上的循环伏安曲线和时间电流曲线,结果显示该修饰电极检测H_2O_2具有线性范围良好(0.03～1 100μmol/L)、灵敏度高(检出限可达0.02μmol/L)、抗干扰性和再现性好等优点。与传统滴定法相比,该新型无酶传感器能在复杂环境下快速准确检出H_2O_2含量。     

缺陷石墨烯吸附Au、Ag、Cu的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的投影缀加波方法研究了Au、Ag、Cu吸附在缺陷石墨烯单侧和双侧的体系,对吸附体系的吸附能、磁性、电荷转移和电子结构进行了计算和分析. 缺陷石墨烯吸附Au、Ag、Cu体系的吸附能比本征石墨烯增加2 eV以上,说明三种金属原子更容易吸附在缺陷位置;吸附体系的电荷密度差分和电子结构的结果表明,Au、Ag、Cu与缺陷石墨烯之间均为化学吸附. 计算吸附体系的磁性发现,单侧吸附时三种吸附体系均有磁性,磁矩大约为1μ_B;双侧吸附时,三种吸附体系磁矩大约为2μ_B.     

二维多层状Ti3C2Tx-MXene/聚吡咯纳米线复合材料的制备及电容性能研究

本文以体相材料MAX(Ti₃AlC₂)为基底,采用氢氟酸刻蚀法得到二维多层状Ti₃C₂T_x-MXene,将一维聚吡咯纳米线(polypyrrole nanowires,PPy-NW)与二维多层状Ti₃C₂T_x-MXene相结合,成功地制备出Ti₃C₂T_x-MXene/PPy-NW复合电极材料. 并分别利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)及X射线光电子能谱 (X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对其进行了形貌和结构表征. 最后通过电化学测试表明,二维多层状Ti₃C₂T_x-MXene/PPy-NW复合电极材料在扫描速率为10 mV·s^-1时比电容可达374 F·g^-1,高于纯PPy-NW（304 F·g^-1）,当扫描速率增加至200 mV·s^-1时,仍可保留原比电容值的72.4%,展现出良好的倍率性能. 而且在电流密度为5 A·g^-1下经过2000次的循环伏安实验,其电容保持率可达91.6%,具有良好的循环稳定性. 总之,二维多层状Ti₃C₂T_x-MXene和一维PPy-NW的复合有效地提升了电极材料的电容性能,在电化学能源储存方面有着巨大的应用前景.     

缺陷石墨烯吸附Au、Ag、Cu的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的投影缀加波方法研究了Au、Ag、Cu吸附在缺陷石墨烯单侧和双侧的体系,对吸附体系的吸附能、磁性、电荷转移和电子结构进行了计算和分析.缺陷石墨烯吸附Au、Ag、Cu体系的吸附能比本征石墨烯增加2 eV以上,说明三种金属原子更容易吸附在缺陷位置;吸附体系的电荷密度差分和电子结构的结果表明,Au、Ag、Cu与缺陷石墨烯之间均为化学吸附.计算吸附体系的磁性发现,单侧吸附时三种吸附体系均有磁性,磁矩大约为1μB;双侧吸附时,三种吸附体系磁矩大约为2μB.     

CO分子在不同类型Al2O3表面的吸附构型和电子结构

采用基于赝势平面波基组的密度泛函理论方法对CO分子在α-Al₂O₃（0001）以及γ-Al₂O₃的（100）、（110C）、（110D）表面上的吸附构型和电子结构进行系统研究.计算结果表明,CO倾向于选取C端吸附在表层Al原子上,并主要通过其5σ轨道与表面发生作用,吸附后部分电子从CO转移到底物,导致各Al₂O₃表面功函均发生不同程度的下降,与气相相比,吸附后CO分子的C-O伸缩振动频率均发生蓝移.通过对比CO在各表面上的吸附情况,可以看出CO可作为检测Al₂O₂不同类型表面活性中心的有效探针分子.     

Simultaneous Delamination and Rutile Formation on the Surface of Ti3C2Tx MXene for Copper Adsorption

In this work, we studied the formation of the rutile phase of titanium dioxide (TiO₂) on delaminated MXene (d‐Ti₃C₂T_x) flakes by the reaction of Ti₃C₂T_x with amino acids in water. Three types of amino acids with varied side‐chain polarity were used to delaminate Ti₃C₂T_x. d‐Ti₃C₂T_x flakes formed stable colloidal solutions due to the negative surface charges of chemisorbed amino acids on the d‐Ti₃C₂T_x. Rutile formed on d‐Ti₃C₂T_x at room temperature upon the intercalation of aromatic amino acids and subsequent sonication of the solution, while flakes intercalated with aliphatic amino acids did not oxidize. X‐Ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and Raman spectroscopy revealed the nanosize rutile formation on the surface of Ti₃C₂T_x flakes. The XPS results indicated the surface functionalization of histidine on d‐Ti₃C₂T_x flakes. As‐synthesized histidine functionalized rutile TiO₂@d‐Ti₃C₂T_x hybrid was used for adsorption of Cu²⁺ ions from aqueous solution with a maximum uptake of 95 mg g^?1.     

Adsorption of H2O,OH, and O on CuCl(111) Surface: A Density Functional Theory Study

The adsorption of H2O molecule and its dissociation products, O and OH, on CuCl(111) surface was studied with periodic slab model by PW91 approach of GGA within the framework of density functional theory. The results of geometry optimization indicate that the top site is stable energetically for H2O adsorbed over the CuCl(111) surface. The threefold hollow site is found to be the most stable adsorption site for OH and O, and the calculated adsorption energies are 309.5 and 416.5 kJ/mol, respectively. Adsorption of H2O on oxygen-precovered CuCl(111) surface to form surface hydroxyl groups is predicted to be exothermic by 180.1 kJ/mol. The stretching vibrational frequencies, Mulliken population analysis and density of states analysis are employed to interpret the possible mechanism for the computed results.     

Atomic Layer Deposited Ti2O3 Thin Films

Ti₂O₃ thin films have been prepared through atomic layer deposition and subjected to electrical resistivity measurements as a function of temperature. The as-prepared films were stable for up to three weeks. In Ti₂O₃ thin films, the insulator-metal transition is observed at ∼80 K, with nearly 3–4 orders of magnitude change in resistivity. The anomalous increase in electrical resistivity in the films is in accordance with the two-band model. However, the energy interval between the bands depending on the crystallographic c/a ratio leads to a change in electrical resistivity as a function of temperature.     

"Met-Cars"外接氢化合物Ti8C12H4和Ti8C12H8的Ab Initio研究

用量子化学从头算方法，对Ｔｉ８Ｃ１２（Ｔｄ）进行了几何构型优化，结果表明，Ｔｉ３Ｃ１２（Ｔｄ）的化学动力学性质不稳定，化学性质活泼，在此基础上进行了其外接氢化物的性质研究，从理论上预测了Ｔｉ８Ｃ１２Ｈ４（Ｔｄ）和Ｔｉ８Ｃ１２Ｈ８（Ｔｄ）几何构型的稳定性和化学反应活性。由Ｔｉ８Ｃ１２（Ｔｄ）和Ｔｉ８Ｃ１２Ｈ８（Ｔｄ）稳定性分析得出：Ｔｉ８Ｃ１２Ｈ４（Ｔｄ）构型最稳定，而Ｔｉ８Ｃ１２Ｈ８（Ｔｄ）和Ｔｉ     

钙钛矿型层状化合物K2Sm2Ti3O10的合成及XRD表征

在K2CO3-镧系元素氧化物(Sm2O3)-TiO2三元体系中,用固相反应法合成了K2Sm2Ti3O10,利用X射线粉晶衍射仪对K2Sm2Ti3O10进行扫描测定,获得X射线衍射数据,并进行指标化.XRD分析结果表明,K2Sm2Ti3O10为四方晶系,空间群(S.G.)I4/mmm,晶胞参数:a=0.384 28 nm;c=2.971 8 nm;V=0.438 85 nm3;D0=5.165 6 g·mL-1;晶胞分子数Z=2.     

H2在WO3表面解离吸附反应的第一性原理研究

采用第一性原理方法对H2在WO3表面的解离吸附反应进行了研究.首先通过清洁表面模型的计算,证明了c(2×2)重构表面是最稳定的WO3(001)表面构型;进而研究了4种可能的H2解离吸附模型,结果表明最可能的吸附反应为两个氢原子吸附在表面O1c原子上,氢原子被氧化在表面形成水,同时伴随着产生一个表面氧空位.态密度结果表明氢的吸附导致体系能带下移,导带部分填充电子,从而阐明了实验中WO3吸附H2后电导率上升的微观机理.