煤的氣化技術(shù)可以有效地解決潔凈煤的利用問(wèn)題，但煤氣化過(guò)程中砷等有害金屬的揮發(fā)問(wèn)題也不容小覷。本文基于密度泛函理論（DFT），研究了As
4在不同碳基單原子Ti/V/Cr/Mn吸附劑(氮原子摻雜、單空位和雙空位)表面的吸附特性。分析了單原子吸附劑的幾何形狀、吸附構(gòu)型、吸附能、電子結(jié)構(gòu)、電子密度等數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比分析16種吸附劑的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)雙缺氮摻雜基底的催化劑具有較高的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)電荷轉(zhuǎn)移和態(tài)密度的分析，發(fā)現(xiàn)單原子吸附劑催化劑對(duì)As
4的吸附與電荷轉(zhuǎn)移和雜化有關(guān)。特別是氮原子的摻雜可以增強(qiáng)體系的電荷轉(zhuǎn)移和雜化能力。在16種吸附劑中，雙空位氮摻雜鈦催化劑是一種很有前途的As
4吸附劑，為進(jìn)一步研究單原子催化劑表面吸附有毒氣體和設(shè)計(jì)新型非金屬吸附劑提供了參考。
圖1. 過(guò)渡元素?fù)诫s石墨烯的幾何構(gòu)型。
圖2. As
4的幾何結(jié)構(gòu)。
圖3. As
4在Ti/SV-GN上的三種可能吸附構(gòu)型。
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圖4. Ti/GS最穩(wěn)定的四種吸附構(gòu)型。
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圖5. V/GS最穩(wěn)定的四種As
4吸附構(gòu)型。
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圖6. Cr/GS最穩(wěn)定的三種As
4吸附構(gòu)型。
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圖7. Mn/GS最穩(wěn)定的三種As
4吸附構(gòu)型。
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圖8. TE/GS催化劑上氣體吸附總的態(tài)密度。
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圖9. TE/GS上As
4的吸附能。
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圖10. 四種不同Ti/GS吸附體系的PDOS吸附曲線。
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圖11. 四種不同V/GS吸附體系的PDOS吸附曲線。
圖12. 三種不同的Cr/GS吸附系統(tǒng)的PDOS吸附曲線。
圖13. 三種不同Mn/GS吸附體系的PDOS吸附曲線。
圖14. 四種不同Ti / GS吸附系統(tǒng)的電子局域函數(shù)。
圖15. 四種不同的V / GS吸附系統(tǒng)的電子局域函數(shù)。
圖16. 三種不同的Cr / GS吸附系統(tǒng)的電子局域函數(shù)。
圖17. 三種不同Mn / GS吸附系統(tǒng)的電子局域函數(shù)。
相關(guān)研究成果由華北電力大學(xué)能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院Shengxuan Luo等人于2022年發(fā)表在Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.susc.2022.122049)上。原文：Density functional theory investigation of As
4 adsorption on Ti, V, Cr, Mn-doped graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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