通过低熵合金实现铂金属d轨道的调控

研究表明对催化剂中活性位电子结构的精准调控是实现精准催化最有效的手段之一,常见的方法包括调控晶格应力、电荷转移等。在掺杂材料体系中,人们已经运用原子晕效应等理论来解释异原子活性位几何、电子结构的改变给基底材料所带来的物理、化学性质的改变,进而实现对催化等性能的调控。本文中我们以低熵合金为研究对象,通过第一性原理计算提出了原子轨道调控的新途径来尝试实现对催化的精准调控,即通过改变Pt原子的d轨道来实现对催化性能的调控。我们分别模拟了Pt和Pt-Fe合金在不同的吸附位点下对O2分子的吸附过程。我们发现Fe原子的掺入在削弱表面Pt原子对O2分子吸附的情况下却没有影响其解离。通过投影态密度（PDOS）分析得到Pt-Fe合金中Fe-3d和Pt-5d轨道有较强的杂化,从而导致了Pt的d轨道发生偏移的同时产生了自旋极化现象。部分Pt的电子态移动到费米能级之上与O2-π*产生交叠,进而导致了Pt-Fe合金中的Pt-5d与O2-π*的杂化程度明显高于纯Pt体系。我们的理论研究表明,通过这种低熵合金的手段能够调节Pt的d轨道,从而促进对O2分子的催化效果。该研究可以预见轨道调控将为精准催化提供更加有效的手段。未来相信这些研究将对更高效、清洁的催化剂设计提供崭新的思路。