2023年9月20日，ACS Catal.在线发表了加拿大麦吉尔大学Song Jun和美国西北大学Ou
Pengfei
课题组的研究论文，题目为《
Basal Plane Activation via Grain Boundaries in Monolayer MoS
2
for Carbon Dioxide Reduction
》。
二氧化
碳（CO
2
）是
人类活动排放到大气中的主要温室气体。多年来，其在大气中的浓度不断增加，被认为是导致全球气候变化的主要因素之一，因此是全世界关注的一个重大问题。为了减轻
CO
2
排放的不利影响，近年来在减少
CO
2
排放方面做出了显著努力。电化学
CO
2
还原反应（
CO
2
RR）是一种很有前途的
减少
大气
CO
2
的方法，过渡金属硫族化合物（TMDCs），如二硫化钼（MoS
2
），最近已成为
CO
2
RR的潜在催化剂。然而，
原始TMDCs由于基面上活性位点的不足而受到限制
。
在此研究中，作者以多晶
MoS
2
为研究对象
，通过系统的密度泛函理论（DFT）计算来研究晶界（GBs）对Mo
S
2
催化
CO
2
RR性能的影响。研究结果表明，
大多数
晶界
有助于降低C
O
2
RR中极限电势步的反应能
。
随着S空位的引入，这种效应可以进一步放大
。此外，
引入具有空位的
晶界
被证明是打破反应中间体之间比例关系的有效方法
，这对提高催化效率至关重要。这项研究结果表明，缺陷工程在活化
CO
2
RR的TMDCs基面方面具有巨大潜力，为高性能
CO
2
RR电催化剂的TMDCs工程化提供了有价值的见解。
图1
(a) 带有AC和ZZ
边缘
的原始2H
Mo
S
2
的
俯
视图和侧视图；(b-h) 5|7a、5|7b、4|8a、4|8b、8|8a、8|8b和4|4晶界的俯视图
图2
Mo
S
2
晶界的形成能与元素S化学势的关系
图3
Mo
S
2
晶界上CO
2
RR过程的能量学
图4
CO
2
RR和HER热力学极限电势之间的差异
图5
(a) 晶界体系*COOH和*CO之间的结合能；(b-e) *COOH和*CO在4|8a和
4|8b
S空位晶界上的
吸附等值面
图6
(a-b) *CO和*COOH吸附后不同晶界和S空位晶界的
衬底变形能
；(c-d)
5|7b晶界在CO吸附前后的局部变形
图7
COOH和CO的
过量
电荷数与吸附能的关系
Zhao, Y.,. Chen, Y., Ou, P. et al.
Basal Plane Activation via Grain Boundaries in Monolayer Mo
S
2
for Carbon Dioxide Reduction
.
ACS
Catal
.
,
2023
, 13, 12941-12951. https://doi.org/10.1021/acscatal.3c03113
【其他相关文献】
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.,
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Asadi, M., Kim, K., Liu, C. et al. Nanostructured transition metal dichalcogenide electrocatalysts for CO
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He, Y., Tang, P., Hu, Z. et al. Engineering grain boundaries at the 2D limit for the hydrogen evolution reaction.
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Reduction.
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2019
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(纯计算)丹麦科技大学ACS Catal.: 过渡金属硫族化物边缘催化CO2RR
