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(纯计算)西南大学匡泯泉/王啸天团队Phys. Rev. B: Li2Pt家族高效析氢催化剂的拓扑绝缘体路径

时间：2023-06-24 来源： 浏览：

(纯计算)西南大学匡泯泉/王啸天团队Phys. Rev. B: Li2Pt家族高效析氢催化剂的拓扑绝缘体路径

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2023年6月20日，Phys. Rev. B在线发表了西南大学匡泯泉副教授和王啸天副教授 课题组及其合作者的研究论文，题目为《 Topological insulator path toward efficient hydrogen evolution catalysts in the Li 2 Pt family 》。

拓扑半金属、拓扑绝缘体等拓扑材料具有 稳健 的拓扑表面态，在电化学催化方面具有广阔的应用前景。在此研究中，作者通过第一性原理计算表明， 强拓扑绝缘体 Li 2 Pt 家族促进了对析氢反应（HER）的有效催化反应 。对于 Li 2 Pt和 Li 2 Pd，桥位的 吉布斯 自由能 Δ G H ∗ 分别为0.054 eV和0.041 eV，顶位的 吉布斯 自由能 Δ G H ∗ 分别为0.187 eV和0.641 eV。桥位 更好 的 HER 性能可归因于 H与d xy +d x2-y2 轨道杂化，提供了非平庸的拓扑表面态；而H与d z2 轨道杂化，保留了顶位拓扑表面态的 贡献 。值得注意的是， Li 2 Pt（0.054 eV）和 Li 2 Pd（0.041 eV）的桥位 Δ G H ∗ 几乎是Pt（0.09 eV）的一半 ，表明具有优异的HER活性。这项研究工作揭示了吸附质与拓扑表面态之间的杂化在提高HER性能方面起着至关重要的作用，并为设计拓扑量子催化剂提供了一条有 前途 的途径。

图1  Li 2 Pt 的原子结构和布里渊区 
图2  Li 2 Pt 的能带结构、态密度和拓扑表面态
图3 八层 Li 2 Pt上不吸附和吸附H 的差分电荷密度和态密度

图4  二十层 Li 2 Pt的表面电子结构和拓扑表面态的波函数

图5  八层 Li 2 Pd上不吸附和吸附H 的差分电荷密度和态密度

图6 HER的吉布斯自由能和火山曲线图

【 论文链接 】
Wei, Y., Ma, D., Yuan, H. et al. Topological insulator path toward efficient hydrogen evolution catalysts in the  Li 2 Pt  family . Phys. Rev. B , 2023 , 107, 235414. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.235414

【其他相关文献】

[1] Luo, H., Yu, P., Li, G. et al. Topological quantum materials for energy conversion and storage. Nat. Rev. Phys ., 2022 , 4, 611–624. https://doi.org/10.1038/s42254-022-00477-9
[2]  Wang, L., Zhang, X., Meng, W. et al. A topological quantum catalyst: the case of twodimensional traversing nodal line states associated with high catalytic performance for the hydrogen evolution reaction.  J. Mater. Chem. A ,  2021 , 9, 22453. https://doi.org/10.1039/d1ta06553j
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