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d带中心调控过渡金属单原子负载COF吸附O2的理论计算研究

谢斐 ,  袁成成 ,  谭海燕 ,  MoshfeghAlireza Z. ,  朱必成 ,  余家国

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引用本文: 谢斐, 袁成成, 谭海燕, MoshfeghAlireza Z., 朱必成, 余家国. d带中心调控过渡金属单原子负载COF吸附O2的理论计算研究[J]. 物理化学学报, 2024, 40(11): 240701. doi: 10.3866/PKU.WHXB202407013 shu
Citation:  Fei Xie, Chengcheng Yuan, Haiyan Tan, Alireza Z. Moshfegh, Bicheng Zhu, Jiaguo Yu. d-Band Center Regulated O2 Adsorption on Transition Metal Single Atoms Loaded COF: A DFT Study[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(11): 240701. doi: 10.3866/PKU.WHXB202407013 shu

d带中心调控过渡金属单原子负载COF吸附O2的理论计算研究

  • 1.

    中国地质大学(武汉), 材化学院太阳燃料实验室, 武汉 430078

  • 2.

    湖北民族大学, 化学与环境工程学院, 湖北 恩施 445000

  • 3.

    Institute for Nanoscience and Nanotechnology, Department of Physics, Sharif University of Technology, Tehran 11365-8639, Iran

    • 通讯作者: 朱必成, zhubicheng@cug.edu.cn; 余家国, yujiaguo93@cug.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发计划 2022YFE0115900

    国家自然科学基金 52372294

    国家自然科学基金 22262012

    国家自然科学基金 22238009

    国家自然科学基金 52173065

    国家自然科学基金 22361142704

    湖北省自然科学基金 2022CFA001

    中央高校基本科研业务费专项资金 

    中国地质大学(武汉) CUG22061

摘要: 共价有机框架(COF)材料因其独特的结构和物理化学特性成为一种很有前景的光催化剂。为了提高其光催化性能，大量的金属单原子(MSA)被负载在COF上以促进分子吸附。然而，吸附性能增强的内在机理和主导因素尚未被深入揭示。本文通过在单层TpBpy-COF中分别引入Fe、Co、Ni和Cu单原子，构建了4个MSA-COF体系。利用密度泛函理论计算研究了不同金属原子修饰对COF的电子性质和O2吸附的影响。结果表明，金属原子与吡啶氮原子成键，形成稳定的MSA-COF结构。金属原子的引入减小了COF的带隙，抬高了COF的费米能级。此外，随着金属原子序数的增加，金属原子的d轨道逐渐向低能级方向移动，表现为d带中心负移。金属原子负载后，COF对O2的弱物理吸附转变为强化学吸附，形成了M―Oads键，并发生强烈的电子转移。有趣的是，吸附能与金属原子的d带中心呈现出很强的相关性。该结果可以从吸附体系反键轨道的电子占据情况的角度来理解。本研究为通过调节金属原子的d带中心来优化MSA-COF上的分子吸附提供了一种可行思路。

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  • 发布日期:  2024-11-15
  • 收稿日期:  2024-07-10
  • 接受日期:  2024-07-30
  • 修回日期:  2024-07-28
  • 网络出版日期:  2024-08-12
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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