在《华尔街日报》最近发表的一篇文章ACS能源字母,研究人员讨论了computation-assisted发现和合成的2 d PrOBr光催化剂。
研究:Computation-Aided发现和合成的2 d PrOBr光催化剂。图片来源:nevodka / Shutterstock.com
背景
光催化作用提供了一个长期的解决方案将太阳能转化为高价值的化学燃料。在过去的几十年里,很多努力已经发现和设计更好的催化剂。尽管如此,他们有可怜的光吸收和响应性,简单的photogenerated运营商的重组,缓慢的表面催化反应速率。
提高催化剂的性能,提出了不同的解决方案包括掺杂杂原子,添加:和创建垂直。这些增强经常使催化剂系统更加困难和昂贵。缺乏有效的催化剂被广泛使用的仍然是一个障碍。
因为他们的载体迁移距离和高表面积减少,二维(2 d)材料增强光催化活性和催化地活跃的站点密度显著高于大部分同行。欧洲杯足球竞彩因为他们独特的物理/化学性质,稀土被广泛研究作为各种化学反应的催化剂。尤其是稀土元素,经常利用掺质提高二维半导体的光催化活性。只有少数实验使用2 d稀土材料记录到目前为止。欧洲杯足球竞彩
高通量计算基于密度泛函理论(DFT)计算是有效地用于加快材料发现在各种各样的应用程序。各种假设2 d材料以来被描述在文献中出现的大规模欧洲杯足球竞彩计算材料数据库。尽管如此,只有少数理论上预测二维材料已成功合成试验。欧洲杯足球竞彩
XRD的散装PrOBr N2处理模式在400°C 8 h和治疗在850°C真空下12 h。图片来源:这,a W et al ., ACS能源信件
关于这项研究
在这项研究中,作者讨论了发现和生产镨oxyhide (PrOBr),一个二维(2 d)稀土材料,作为一种有效的光催化剂。潜在的2 d PrOBr作为一种很有前途的光催化剂具有较强的稳定性和活动评估通过大规模筛选在流行的计算二维材料数据库。欧洲杯足球竞彩剥落的散装PrOBr粉末已成功用于合成2 d PrOBr。提出了二维材料的内在的光催化能力也被证实。
小组使用一种高通量筛选方法来确定一个2 d稀土材料,PrOBr,基于DFT-calculated结构的光催化和电特性。一个超声剥离的过程被用来成功地产生这种新发现的2 d散装前体物质。各种表征技术被用来确定PrOBr的二维结构。氢进化过程(她)和二氧化碳还原反应(有限公司2RR)由2 d PrOBr高效催化,展示其光催化能力。的能力2 d PrOBr固有平衡吸附和电荷分离效率决心解释其优异的光催化性能。
研究人员利用相位稳定性和剥落能源评估synthesizability所提出的二维材料。能量的线性组合的稳定阶段0 K DFT相图,俗称E船体,计算来确定相位稳定性的二维材料。欧洲杯足球竞彩
(a - c)的扫描电镜图像2 d PrOBr。EDX映射的图像公关、Br和O (df) c。图片来源:这,a W et al ., ACS能源信件
观察
公司的产量和CH4在2 d PrOBr明显高于在2 d C3N4和BiOCl。评估CH4和0.862μmol.h CO和生成率1。g1和17.17μmol.h1。g1分别高出几倍比通常的催化剂。Tauc-plot经验公式,实际测量了带隙的2 d PrOBr 2.19 eV。
洛杉矶的带隙2基2分别和NdOBr 1.29和1.43 eV,在近红外区域的优势。HoTe的带隙2克罗5和PrOBr由mTASK 2.37和2.18 eV,分别。E船体小于30兆电子伏/原子在所有的二维材料,这是一个保守的相位稳定性阈值用于文学。欧洲杯足球竞彩
水的氢进化速率测量分裂的二氧化碳和甲烷产率降低为60.28μmol.h1。g1和0.862 mol.h1。g1分别是3 - 6倍和7倍比传统2 d催化剂如2 d C3N4和BiOCl。生产的H2和CO的转化率2被发现是至少大部分同行的两倍,和更大的比普通的非转基因2 d催化剂如2 d C3N4和BiOCl。
(一)紫外可见吸收光谱和2 d PrOBr PL谱。(b)的彩色图像二维PrOBr粉和365海里辐照下的粉末。(c) PL光谱获得的激发波长为220 nm下批次的批量和2 d PrOBr。图片来源:这,a W et al ., ACS能源信件
结论
总之,本研究阐明2 d稀土材料的发展,PrOBr,作为她的光催化剂有限公司2RR使用计算的结合高通量预测和实验验证。高通量计算分层光催化的财产利益首先表示2 d PrOBr作为一个潜在的选择。然后散装材料处理超声剥离准备它。
作者观察到,对于她和有限公司2RR, 2 d PrOBr具有良好的光催化活性。他们认为有一些调整,这个新的2 d光催化剂可用于额外的光催化领域。
源
这,a·W。Royen, m . J。Medved 'ova,。,等。Computation-Aided发现和合成的2 d PrOBr光催化剂。ACS能源信件1980 - 1986 (2022)。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c00951
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