研究目的
采用巨正则势动力学研究MoS2基面硫空位位点上析氢反应的反应机理。
研究成果
研究得出结论，在酸性及碱性条件下，二硫化钼（MoS2）上析氢反应（HER）的速率决定步骤均为Volmer反应。位于硫族元素空位处的第二个氢原子被确认为对HER最具活性。在2H族VI族金属二硫属化物中，碲化钼（MoTe2）被预测具有最佳的HER性能。
研究不足
该研究聚焦于特定模型体系（含硫空位的二硫化钼），可能无法涵盖实际电化学系统的所有复杂性。相关预测基于理论计算，尚需实验验证。
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利用巨正则势动力学研究MoS?基面硫空位位点上析氢反应的反应机理
DOI：10.1021/jacs.8b10016
期刊：Journal of the American Chemical Society
出版年份：2018
更新时间：2025-09-23 15:21:21
摘要：
我们基于量子力学计算的热力学原理，建立了巨正则势动力学（GCP-K）理论框架，为理解异相电化学反应提供基础依据。该理论通过勒让德变换将体系净电荷与外加电压相关联，从自由能最小化自然导出。显式执行这一宏观变换后，我们成功建立了GCP-K与传统Butler-Volmer动力学的关联。基于此自由能模型，以二硫化钼基面硫空位上的析氢反应（HER）为例，我们预测了电势和pH依赖的化学反应过程。研究发现：无论酸性还是碱性条件，决速步骤均为溶液中的第二个氢原子通过Volmer反应吸附的过程。通过GCP-K分析表明，键长随外加电势连续变化——碱性条件下过渡态更接近产物是活性提升的主因，由此获得理想的60mV/dec塔菲尔斜率；若过渡态靠近反应物（传递系数<0.5），塔菲尔斜率将升至近150mV/dec?；诙苑从淼纳钊肜斫?，我们确定硫族空位位点上第二个氢原子是析氢反应最活跃位点。以此为描述符对比其他VI族金属二硫属化物后预测：MoTe?的空位位点将展现最优析氢性能。
作者：
Yufeng Huang，Robert J. Nielsen，William A. Goddard III
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