张绍政 刘 佳 谢 艳 陆银稷 李 林吕 亮 杨建辉 ,＊ 韦世豪

(1衢州学院教师教育学院，浙江 衢州 324000；2衢州学院化学与材料工程学院，浙江 衢州 324000；3宁波大学微电子科学与工程系，浙江 宁波 315211)

二维M2XO2−2x(OH)2x(M = Ti, V; X = C, N)析氢催化活性的第一性原理研究

张绍政1刘 佳2谢 艳2陆银稷2李 林1吕 亮2杨建辉1,＊韦世豪3

(1衢州学院教师教育学院，浙江 衢州 324000；2衢州学院化学与材料工程学院，浙江 衢州 324000；3宁波大学微电子科学与工程系，浙江 宁波 315211)

MXene是一种新型的二维析氢催化材料，其表面容易被亲水基团O和OH混合覆盖。我们基于第一性原理计算的方法，研究了M2XO2−2x(OH)2x(M = Ti, V; X = C, N)的析氢催化活性。计算结果显示，M2XO2−2x(OH)2x的析氢催化活性与其表面OH覆盖率(x)密切相关。对Ti2CO2−2x(OH)2x来说，OH覆盖率不超过1/3时，具有优异的析氢催化活性。对Ti2NO2−2x(OH)2x、V2CO2−2x(OH)2x和V2NO2−2x(OH)2x来说，OH覆盖率分别达到4/9、1/3和5/9时，才具有最佳的析氢催化活性。接着，电荷分析显示OH覆盖率会显著影响M2XO2−2x(OH)2x活性位点O基团的电荷量。最后，我们从态密度的角度揭示了析氢催化活性变化的原因，即活性位点O基团的氧化性随OH覆盖率的增大而被削弱。因此，本文提出了调节表面OH覆盖率来获取M2XO2−2x(OH)2x最佳析氢催化活性状态的方法，这在工业制氢生产过程中具有重要的应用价值。

二维材料；MXene；第一性原理；析氢催化；吸附

1 引 言

传统化石燃料的非再生性及其燃烧带来的环境污染问题迫使人们去寻找一种清洁的可再生能源1,2。氢气是一种比较理想的可再生能源，具有储能密度高和氧化产物无污染的特点，有望成为传统化石燃料的代替品。……