侯欠欠,方志刚,秦 渝,许 友,吕孟娜,井润田

(辽宁科技大学化学工程学院,辽宁 鞍山 114051)

氢气被认为是缓解国家化石燃料日益枯竭现象最理想的选择[1],电化学裂解制氢气[2-3]因其成本低且环保而被广泛关注,该方法的高效性在于催化剂的选择. 研究学者发现铂基催化剂[4-5]对析氢反应具有高反应速率,且其具有低电位输入、高电流输出等优点,但其资源稀缺、稳定性差且成本昂贵,阻止了该催化剂大规模的应用. 目前,开发替代铂基的催化剂无疑是科研工作者研究的重中之重. 为了降低析氢反应(HER)电催化剂的成本,开发自然界中含量丰富的材料,如Fe、Co、Ni等. 其中,过渡金属磷化物(TMPS),特别是Fe-P[6-8]非晶态化合物,已经作为电化学HER催化剂得到了广泛的研究. 此外Fe-P非晶态合金因长程无序、短程有序的空间结构以及处于亚稳定状态还被用作析氧[9]、氧化还原[10-12]等反应的催化剂. 但目前研究人员都是从宏观角度分析Fe-P非晶态合金的催化性质,对其微观理论研究甚少,例如作为催化剂,Fe-P非晶态合金的哪些基本性质可以解释其具有较好的催化活性等等. 因此为解决该方面的问题,本文以团簇Fe4P[13]作为探究Fe-P体系的研究对象,根据密度泛函理论[14-17],从量子力学微观角度探究其催化性质,为其他科研人员研发Fe-P体系催化剂提供一定的理论依据.

1 团簇Fe4P优化构型的计算方法

1.1 理论模型及计算方法

依据拓扑学原理[18-20],对团簇Fe4P的初始构型设计为具有典型结构特点的4种类型,分别……