Understanding the effect of mechanical strains on the catalytic activity of transition metals
分析了弹性应变对13种后过渡金属（fcc金属Ni、Cu、Pd、Ag、Pt、Au、Rh、Ir的8个（111）面和hcp金属Co、Zn、Cd、Ru、Os的5个（0001）面）析氢反应（HER）和氧还原反应（ORR）催化活性的影响。先前通过密度泛函理论计算获得了不同中间反应的相应吸附能，直至由机械稳定性极限决定的应变。结果发现，弹性应变可以用来调整不同的金属的催化活性，通过降低的速度限制步骤的能量障碍，甚至达到火山图的尖点。最大的变化，在催化活性与应变的HER被发现在Pt，Au，和Ir，而Co和Ni是非常不敏感的这种策略。在ORR的情况下，Au的催化活性可以通过施加拉伸应变来增强，而Cu、Ni、Pt、Pd、Rh、Co、Ru和Os的催化活性通过施加压缩应变来提高。然而，Ir的催化活性对机械变形相当不敏感。弹性应变能够修改在金，铂，银，和Os的速率限制反应，并有可能实现这些金属的火山图的尖点。最后，机械不稳定性达到在小应变Zn和Cd，这并没有导致显着的变化，HER和ORR的催化活性。这些结果提供了一个框架，系统地研究弹性应变在新催化剂设计中的应用。
2022-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Alloyed Re$_x$Mo$_{1-x}$S$_2$ Nanoflakes with Enlarged Interlayer Distances for Hydrogen Evolution
硫化钼（MoS $_2$）作为一种低成本、高效率的析氢催化剂，具有广阔的应用前景。开发一种简便、易于升级且廉价的方法来以高产率生产催化活性纳米结构的MoS $_2$将显著推进其实际应用。胶体合成提供了优于其他制备技术的几个优点，以克服剥离的低反应产率和化学气相沉积中使用的昂贵设备和工艺的缺点。在这项工作中，我们报告了一种有效的合成合金Re $_x$ Mo $_{1-x}$ S $_2$纳米片与扩大的层间距离，其中Re $_{0.55}$ Mo $_{0.45}$ S $_2$表现出优异的催化性能，在10 mA/cm 2下的过电位低至79 mV，小的塔菲尔斜率为42 mV/cm 2。密度泛函理论计算证明，由于氢吸附的自由能显著降低，增大Re $_x$ Mo $_{1-x}$ S $_2$合金中的层间距离可以大大改善其催化性能。该方法为设计先进的过渡金属二硫属化合物基析氢催化剂并促进其大规模实际应用铺平了道路。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Conformity of macroscopic behavior to local properties in the catalytic ammonia synthesis and oscillatory reactions on metal surfaces
金属表面独特的催化潜力激发了大量的基础和应用研究。该手稿突出了一般的研究领域的理由是强烈的相互关系之间的催化，动力学和热力学行为的反应系统。NH_3催化合成和NO+ H_2振荡反应的实验表明，局部结构的热力学决定了反应中间体的性质和多样性，从而形成了独特的宏观动力学和比催化活性。催化位点的结构和活性在一个现实的模型，其中相邻的表面原子的总配位不足和局部反应的焓被视为结构和活性的描述符，分别相关。该模型已指定的共振催化中心NH3合成的金属表面上的实验数据密切一致。贵金属的基面活性低于Fe基和Ru基催化剂，而可以预期小Pt、Ir和Rh簇的非凡活性。一个强大的优势相比，完美的地区在表面波成核的缺陷进行评估。在开放的多相催化反应体系中，当反应中间体的活性相差很大时，可能会出现等温速率振荡现象，从而提供了稳态和反应路线的多样性。在活跃和不活跃的动力学分支之间的切换引起爆炸覆盖范围的转换，其可以被可视化为行波。NO+H2反应中的振荡的单一模式包括中间NHad物种的关键作用，该中间NHad物种提供强结合氮的催化去除。行波中的驱动力、反馈和化学相互作用已被清楚地理解。
2016-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Recrystallization Characteristics of Catalytic Alloy and Graphite in Diamond Synthesis
本文首先考虑了触媒法合成金刚石过程中触媒合金和石墨在超高压高温条件下的再结晶特性。在金刚石合成催化过程中，金属在压力的作用下发生塑性变形，随着温度的升高发生再结晶。当催化金属再结晶时，石墨颗粒的形状在与催化剂接触的区域中为球形，而在与催化剂接触的区域中为任何形状。此外，我们还利用第一性原理方法计算了过渡金属元素与碳原子之间的相互作用，计算了过渡金属元素与碳原子之间的电子电荷密度分布和结合能。在确定晶格常数参数之后，我们通过从组成晶体的原子的总能量的总和中减去晶体的总能量并将其除以原子数来获得结合能。因此，从理论上分析了触媒对金刚石合成的影响。
2020-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Controlling Moisture for Enhanced Ozone Decomposition: A Study of Water Effects on CeO$_2$ Surfaces and Catalytic Activity
本研究通过第一性原理计算发现，CeO$_2$表面氧空位促进臭氧分解，但水会竞争活性位点导致中毒，建议通过热处理降低空位浓度并控制水分以提升催化效率。
2024-02-07 cond-mat.mtrl-sci
The enzyme-like catalytic activity of cerium oxide nanoparticles and its dependency on Ce3+ surface area concentration
已知氧化铈纳米颗粒催化活性氧物质如超氧化物自由基和过氧化氢的分解。在这里，我们研究了超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）模拟催化活性的纳米铈，并证明存在的一般行为。对于尺寸为4.5，7.8，23和28 nm的颗粒，SOD和CAT催化活性表现出的特征形状的朗缪尔等温线作为铈浓度的函数。结果表明，催化效果增强较小的颗粒和颗粒与最大的Ce 3+分数。从不同的样品中获得的SOD样活性被发现在一个单一的主曲线上使用Ce 3+表面积浓度作为一个新的变量，表明存在的颗粒独立的氧化还原机制。对于CAT测定，H2 O2分子在颗粒表面的吸附调节了分解过程的功效，必须加以考虑。我们设计了一个基于电流法的实验来评估纳米氧化铈表面的H2 O2吸附，从而导致颗粒比表面积的重整化。取决于颗粒类型，吸附的H2 O2分子的量从2至20 nm-2变化。建议的缩放是预测性的，并允许确定SOD和CAT催化性能的氧化铈单独从物理化学特征。
2018-03-06 cond-mat.mtrl-sci
The catalytic activity of gold/cadmium sulfide (Au/CdS) nanocrystals
半导体纳米晶体（NC）是未来光电器件和其他能量收集应用的基石。虽然能源需求一直在增加，但能源正在减少。氢气是一种绿色能源，用于航天飞机和其他交通工具。使用半导体如TiO 2的氢生产受到若干限制，因此，需要用于氢生产的替代技术。最近，已经研究了使用不同纳米结构的催化剂。1 -6在该项目中，我们研究了金/硫化镉（Au/CdS）NCs将质子定性还原为氢气的催化活性。由于等离子体共振，Au/CdS纳米粒子吸收大量可见光光子并产生电子空穴对。激发态电子迁移到催化剂上，质子被还原，而纳米碳表面上的配体取代空穴。因此，由于从金属到半导体材料的能量转移，发生了相变。使用Au/CdS金属半导体NC的制氢比使用CdS半导体NC的制氢更有效。
2015-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Catalytic Activity in Strained Chemically Exfoliated WS2 Nanosheets for Hydrogen Evolution
在低过电位下通过电催化有效地释放氢气的能力为清洁能源带来了巨大的希望。如果施加高于析氢反应（HER）的热力学势的电压，则可以容易地从水中实现析氢反应（HER）。大的过电位在能量上是低效的，但是可以用昂贵的铂基催化剂来降低。用廉价的、富含地球的电催化剂代替Pt将显著有益于清洁和有效的氢析出。为此，已经报道了使用具有高浓度金属边缘的2H（三角棱柱）XS 2（其中X = Mo或W）纳米颗粒作为电催化剂的有前途的HER特性。HER与XS 2的关键挑战是增加活性位点的数量和催化活性。在这里，我们报告原子薄纳米片的化学剥离的WS2作为有效的催化剂的析氢具有非常低的过电位。原子分辨率透射电子显微镜和光谱分析表明，增强的WS2的电催化活性与高浓度的应变金属1T（八面体）相在剥离的纳米片。密度泛函理论计算表明，应变的存在导致了1 T相的费米能级的态密度的增加，提高了WS2纳米片的催化活性.我们的研究结果表明，化学剥离的WS2纳米片可能是有趣的析氢催化剂。
2012-12-07 cond-mat.mtrl-sci
The Influence of Elastic Strain on Catalytic Activity Towards the Hydrogen Evolution Reaction
理解弹性应变在改变催化反应速率中的作用对于催化剂设计是至关重要的，但是实验上，这种效应通常与配体效应相结合。为了隔离应变效应，我们研究了外加弹性应变对金属薄膜析氢反应（HER）催化活性的影响。我们表明，弹性应变调谐的催化活性在一个可控的和可预测的方式。理论和实验都表明，应变控制反应性的控制方式与HER火山图和d带理论的定性预测一致：镍和铂的活动加速压缩，而铜的活动加速张力。通过将弹性应变效应从配体效应中分离出来，本研究对弹性应变在控制电催化活性中的作用提供了更深入的了解。
2020-02-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thickness-dependent catalytic activity of hydrogen evolution based on single atomic catalyst of Pt above MXene
本研究通过从头算计算探究不同厚度与端基的Pt掺杂MXene的析氢反应性能，发现厚度效应显著，Ti2CF2-PtSA等催化剂性能优异且稳定，揭示了基底厚度与表面修饰的关键作用。
2023-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Gold Nanoparticle Superlattice in Porous Silica and Low Temperature Catalytic CO Oxidation
纳米粒子超晶格（NPSLs）作为具有设计功能的材料而受到极大关注，但其在各种使用条件下缺乏结构稳定性而限制了其实际应用。在这里，我们报告了一种直接合成完全嵌入分级多孔二氧化硅的NPSL的新方法，该方法为反应物分子提供了优异的稳定性和有效的途径，使NPSL高效催化剂。由12 nm金纳米颗粒制成的超晶格在低温下对CO氧化表现出非常高的催化活性，显示出比小的金纳米颗粒更高的活性（约100 nm）。3nm）负载在金属氧化物上。金NPSL还显示出前所未有的稳定性，在一个月的连续催化反应中保持其结构稳定性和催化活性而没有任何降解迹象，这为实现金催化剂在汽车排放控制和绿色化学工业中的巨大潜力迈出了重要一步。
2018-11-08 cond-mat.mtrl-sci
How oxygen influences the catalytic activity of iron during carbon nanotube nucleation
针对氧对铁催化剂及碳纳米管成核的影响机制不明的问题，通过DFTB量子化学分子动力学模拟，揭示了氧通过调控铁催化剂电子结构影响碳成核动力学的规律，为SWCNT结构可控生长提供了理论依据。
2025-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of the catalytic activity upon the surface of strongly disordered hollow Pt nanoparticles: a First Principles investigation
本研究通过第一性原理计算探究强无序铂纳米材料的氧催化活性增强机制，提出考虑位点几何畸变的新描述符，可重现OH吸附能与有效配位数的线性关系，为预测不同形貌应变表面的反应活性提供依据。
2024-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Towards an understanding of the chemisorption and catalytic activity of Pd$_{X}$Ru$_{1-X}$ nanoparticles using photoelectron spectroscopy
利用同步辐射硬X射线光电子能谱学（HAXPES）研究了PdXRu 1-X（X：0，0.1，0.3，0.5，0.7，0.9和1）催化剂的化学吸附过程和CO转化为CO2的催化活性。核心水平和价带数据的评估和诊断突出了有价值的信息，表面相互作用和结构的PdRu纳米粒子（BM-NPs）。从C1观察到的芯能级位移清楚地强调了提供最高催化效率（CO氧化）的Pd0.5Ru0.5 NP表现出CO分子在顶部位点的优先吸附。否则，我们的结果还显示，其余的NP表现出两个组件分配到桥和空心CO网站。结合Pd 3d 5/2和Ru 3 p 3/2核能级的结果指出，随着Ru的摩尔比的增加，从合金结构向核-壳构型的转变。价带最大值（VBM）表明了一个位置依赖于Ru的摩尔组成。此外，通过深入挖掘每个NP的电子结构（形状和宽度），我们清楚地强调了组成，原子排列，d带和双金属PdRu的催化性能之间的有价值的关系。根据HAXPES的结果，强有力的和明确的证据，提高CO到CO2的转化能力的Pd 0.5Ru 0.5-NP可以归因于存在一个最有利的空间d-带扩展和核壳和合金结构之间的最佳平衡。电子和化学数据和解释是一致的PdRu催化性能。这一展望为更好地了解二元、三元和多金属纳米粒子与反应物的催化表面相互作用迈出了新的一步。
2019-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the catalytic activity of graphene nanosheets for oxygen reduction reaction via size and thickness reduction
目前，控制石墨烯本身的氧还原反应（ORR）活性的基本因素，特别是ORR活性对暴露的边缘位点的数量的依赖性仍然难以捉摸，这主要是由于实现小尺寸石墨烯的合成路线有限。在这项工作中，使用离子液体辅助研磨高纯度石墨与顺序离心的组合实现了低氧含量（< 2.5 +/-0.2at%）、具有小于几百nm的横向尺寸的少层石墨烯纳米片的合成。我们首次表明，石墨烯纳米片具有过多的边缘表现出相当高的电子转移数相比，较厚的石墨烯纳米片。这种增强的ORR活性是通过成功地利用纳米级石墨烯的过多边缘以及活性边缘位点与电极基底之间的有效电子通信来实现的。石墨烯纳米片的特征在于相对于Ag/AgCl为-0.13V的起始电势和在-1V下为-3.85mA/cm2的电流密度，这代表从未由未掺杂的碳基催化剂实现的最佳ORR性能。这项工作证明了通过简单路线合成的低氧含量纳米石墨烯如何显著影响ORR催化活性，因此它在设计和优化先进的无金属ORR电催化剂方面具有重要意义。
2014-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Assessing correlations of perovskite catalytic performance with electronic structure descriptors
电子结构描述符是用于构建各种性质的定性相关性的计算有效量。特别地，氧p带中心已经用于指导材料发现和对用于催化氧还原和析出反应的钙钛矿化合物阵列的基本理解。然而，尚未对氧p带中心在预测钙钛矿催化活性的关键指标方面的有效性进行评估，这将非常有利于指导未来的预测和编纂最佳实践。在这里，我们使用密度泛函理论在PBE，PBESol，PBE+U，SCAN和HSE 06水平，以评估一系列技术相关的钙钛矿氧化物的催化性能的众多措施的相关性，使用体氧p带中心作为电子结构描述符。我们已经分析了计算的氧p-带中心与实验测量的X射线发射光谱氧p-带中心和催化活性的多个措施，包括高温氧还原表面交换率，水析氧电流密度，和结合能的析氧中间物种的所有考虑的功能的相关性。我们的研究结果表明，这里考虑的催化活性的所有措施的最佳相关性与PBE水平的计算，与体氧p带中心（R2 = 0.81-0.87）观察到的强线性相关性。这项研究表明，催化活性的许多重要措施和氧的p-带体描述符之间的强线性相关性可以在一个一致的计算框架下获得，这些相关性可以作为未来的实验和模拟开发钙钛矿和相关氧化物催化剂的指导。
2019-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Activating the Basal Plane of 2D Transition Metal Dichalcogenides via High-Entropy Alloying
本文提出通过高熵合金化将偏好相反晶相的元素引入TMDC结构，从而在惰性基面上形成高密度催化活性位点，并预测了多种非贵金属析氢催化剂。
2024-10-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Effect of Di-phenyl Siloxane on the Catalytic Activity of Pt on Carbon
以二苯基硅氧烷为源化合物，在旋转圆盘电极上研究了有机硅对铂催化氧还原和氢吸附活性的影响。二苯基硅氧烷注入到电解液中时，不影响Pt的催化活性。然而，当它与催化剂预混合时，它阻碍了氧还原反应。质子运输在两种情况下都没有被阻断。我们假设，二苯基硅氧烷诱导疏水性，并导致局部缺水，从而阻止氧气运输。因此，在燃料电池中硅密封件的缓慢浸出可能导致硅在电极中的积累，这将通过阻止氧输送到催化剂位点而不可逆地降低燃料电池的性能。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Direct observation of three-dimensional atomic structure of twinned metallic nanoparticles and their catalytic properties
我们使用深度学习辅助原子电子断层扫描确定了由两个纳米团簇合并形成的哑铃形Pt纳米颗粒的完整3D原子结构。在界面处清楚地观察到双孪晶界的形成，同时在整个纳米哑铃中也发现了大量的各向异性和无序。这表明，界面原子的扩散主要控制的聚结过程，但也涉及其他动态过程，如表面重组和塑性形变。完整的3D应变张量被清楚地映射，这允许直接计算表面处的氧还原反应活性。在纳米钟的突出区域发现了强的拉伸应变，这导致在{100}面上的催化活性提高。这一工作为单原子水平上的聚结机理以及原子结构与催化性能之间的关系提供了重要线索。
2021-10-01 cond-mat.mtrl-sci
An improved d-band model of the catalytic activity of magnetic transition metal surfaces
Hammer和Nørskov的d带中心模型被广泛用于理解和预测过渡金属（TM）表面的催化活性。在这里，我们证明了这个模型是不足以捕捉完整的催化活性的磁极化TM表面，并提出其推广。我们通过比较NH $_3$分子在3d TM（V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu和Zn）表面上的吸附能来验证广义模型，该吸附能是用基于自旋极化密度泛函理论（DFT）的方法确定的，并与我们模型的预测结果进行了比较。与传统的d带模型相比，其中金属-吸附质相互作用的性质完全取决于d带中心的能量和占据，我们强调，对于具有高自旋极化的表面，金属-吸附质系统可以通过自旋相关的金属-吸附质相互作用的竞争来稳定。
2016-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Beyond scaling relations for the description of catalytic materials
计算筛选新的和改进的催化剂材料依赖于准确和低成本的关键参数，如吸附能的预测。在这里，我们使用最近开发的压缩传感方法来识别其预测能力扩展到广泛的吸附物，多金属过渡金属表面和小平面的描述符。描述符被表示为清洁催化剂表面的固有性质的非线性函数，例如，配位数，d带矩和费米能级的态密度。从一个单一的密度泛函理论计算这些属性，我们预测吸附能在所有潜在的表面网站，从而也是最稳定的几何形状。与以前的方法（如标度关系）相比，我们发现我们的方法对于预测具有混合金属表面的合金上的吸附能更一般，更准确，当基于仅包括纯金属的训练数据时。这种准确性可以通过将合金吸附能添加到训练数据中来系统地提高。
2019-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Ni-P coatings electroplating - A review, Part I: Pure Ni-P alloy
在电镀工业中，Ni-P镀层由于其优异的性能而被广泛使用，这些性能能够保护基底免受腐蚀和磨损。取决于其组成和结构，镀态沉积物表现出良好的机械、摩擦学和电化学特性、催化活性以及有益的磁性特征。经热处理后，Ni-P金属-类金属系统的硬度可接近或高于硬铬镀层的硬度。本文综述了电沉积Ni-P二元合金镀层的研究工作。提出了磷的掺入机制，Ni-P合金的微观结构和热处理前后，其机械，摩擦学，腐蚀，催化和磁性能被认为是关键的工艺参数影响的沉积物中的磷含量和主要电解槽成分的作用。采用脉冲电镀和非常规（分层和功能梯度）结构的制造的优点的调查结果进行了简要的探讨。
2018-06-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanism of Poisoning the Catalytic Activity of Pd(100) by a Sulfur Adlayer
用密度泛函理论和线性缀加平面波方法研究了Pd（100）表面上H_2解离势能面（PES）在（2 × 2）S吸附层存在下的变化.结果表明，S的中毒效应源于阻碍H2解离的能垒的形成。势垒位于PES的入口通道中，其大小强烈地依赖于H_2分子与S原子的横向距离。
1996-03-18 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Selectivity- and Activity-Aware Catalyst Descriptors for CO$_2$ Hydrogenation on Alloy Nanocatalysts using Machine-Learned Force Fields
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Aalto University（阿尔托大学）
本文提出一种基于机器学习力场的改进框架，用于预测催化活性并分析选择性，通过分析不同晶面的吸附能分布，识别出高活性和甲醇选择性晶面，为高选择性CO₂氢化提供实验验证。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
First-principles study of formic acid decomposition on single Pt atoms supported on heteroatom-doped graphene
本研究通过第一性原理计算发现，磷或氧掺杂石墨烯负载的单铂原子在甲酸脱氢中具有与Pt(111)相当的活性和高选择性，可减少贵金属用量。
2025-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Co3O4 Nanocrystals on Graphene as a Synergistic Catalyst for Oxygen Reduction Reaction
用于氧还原和析氧反应的催化剂是包括燃料电池和水分解在内的关键可再生能源技术的核心。尽管付出了巨大的努力，但开发低成本高活性的氧电极催化剂仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们报告了一种在还原氧化石墨烯（GO）上生长的Co 3 O 4纳米晶体的混合材料，作为用于氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的高性能双功能催化剂。虽然单独的Co 3 O 4或氧化石墨烯几乎没有催化活性，但它们的混合物表现出意想不到的、令人惊讶的高ORR活性，其通过石墨烯的氮掺杂进一步增强。Co 3 O 4/N掺杂的石墨烯混合物在碱性溶液中表现出与Pt相似的催化活性，但具有优异的稳定性。该混合物对OER也具有高活性，使其成为ORR和OER的高性能非贵金属基双催化剂。不寻常的催化活性来自Co 3 O 4和石墨烯之间的协同化学耦合效应。
2011-08-11 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of metal-biphenylene interfaces: structural, electronic, and catalytic properties
通过第一性原理DFT计算，研究联苯撑在多种金属基底上的结构、电子和催化性质，发现Pd、Pt、Ag、Cu等基底可增强析氢反应活性，其中Ag和Cu兼具低成本与稳定性，为电子和催化器件设计提供指导。
2025-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Layer-by-layer growth of bilayer graphene single-crystals enabled by self-transmitting catalytic activity
大面积垂直堆叠二维（2D）范德华（vdW）材料的直接生长是其在集成电子学、光电子学和光电子学中的高端应用的先决条件。目前，单晶石墨烯（MLG）和六方氮化硼（h-BN）的厘米至甚至米级单层已经通过在各种单晶衬底上外延生长来实现。然而，原则上，单层外延的这种成功似乎极难复制到双层或少层生长，因为第一层的完全覆盖被认为终止了那些采用催化金属表面的反应性。在这里，我们报告了一个特殊的逐层化学气相沉积（CVD）生长的大尺寸双层石墨烯单晶，使自传输催化活性从铂（Pt）表面的最外层石墨烯层。在良好控制的环境下进行的原位生长和实时监测实验明确地证实了MLG/Pt（111）的开放表面上的生长确实遵循逐层模式。第一性原理计算表明，通过石墨烯覆盖层和Pt表面之间的可感知的电子杂化，允许催化活性的传递，使得烃的催化解离和随后的最外层sp2碳表面上的它们的自由基的直接石墨化成为可能。这种自传输催化活性也被证明对于制造单晶石墨烯双层、三层和四层以及h-BN少层的管式炉CVD是稳健的。我们的研究结果提供了一个特殊的战略，潜在的可控，逐层和晶片规模的垂直堆叠少层二维单晶生长。
2022-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonstoichiometric titanium dioxide nanotubes with enhanced catalytical activity under visible light
发现在具有450 nm波长的可见光的作用下将丙酮氧化成二氧化碳期间形成的纳米管二氧化钛膜的催化活性比标准二氧化钛（Degussa P25）高约2倍。纳米管薄膜生长的钛箔的阳极氧化使用的原始技术。漫反射光谱的薄膜是由于在可见光谱的增强活性的非化学计量的二氧化钛的纳米管膜和钛箔基板之间的界面附近。
2019-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unexpected catalytic activity of nanorippled graphene
石墨是化学惰性最强的材料之一。它的基本成分，单层石墨烯，通常被认为继承了母体材料的大部分性质，包括化学惰性。在这里，我们表明，与石墨不同，无缺陷的单层石墨烯在分裂分子氢方面表现出很强的活性，这与金属和其他已知催化剂的活性相当。我们将这种意想不到的催化活性归因于表面波纹（纳米级波纹），这一结论得到了理论的支持。纳米波纹可能在涉及石墨烯的其他化学反应中发挥作用，并且由于纳米波纹是原子级薄晶体所固有的，因此通常对于二维材料来说可能是重要的。
2023-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The role of metastability in enhancing water-oxidation activity
虽然亚稳态增强水氧化活性的实验报道，这种效果背后的原因仍然不清楚。我们在这里确定，使用密度泛函理论计算，析氧反应过电位的各种缺陷（001）表面的三种不同的钙钛矿材料。对于所有这三个，我们发现了一个大范围的过电位为不同的反应地点，包括过电位在顶部的活动火山。假设这些位点主导表观催化活性，这意味着当催化剂在其稳定性条件的边界下操作时出现大量几何上不同的反应位点时，它们可以导致表观活性的强烈增强。这也意味着产生各种不同反应位点的催化剂的预处理可以导致对化学稳定材料的优异催化活性。
2019-08-27 cond-mat.mtrl-sci
A Comparative study of catalytic activity and lifetime of novel micro-meso porous catalysts in MTO process
近年来，两种具有高丙烯选择性的介孔催化剂在丙烷脱氢反应中得到了成功的合成。第一个提出的催化剂是具有分级调谐纳米结构的SAPO-34分子筛。第二种催化剂是一种新型的双相SAPO-34/ZSM-5沸石分级复合物，其中TPA-SAPO-34交换的核心晶体被ZSM-5沸石颗粒包裹。采用XRD、FESEM和N2吸附-脱附等手段对催化剂的物化性能进行了表征，并考察了催化剂在MTO反应中的活性和寿命。结果表明，与SAPO-34/ZSM-5相比，分级SAPO-34具有显著的寿命和低碳烯烃选择性。其显示在反应的前200分钟期间MeOH完全转化，而复合样品转化率开始低于90%并且在该时间期间降低。然而，通过使用核-壳催化剂来阻止失活现象，因此稳健性可以被命名为使用复合沸石催化剂的特权。
2017-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optimization of High Entropy Alloy Catalyst for Ammonia Decomposition and Ammonia Synthesis
高熵合金（HEA）纳米颗粒的成功合成是材料科学长期追求的目标，它开辟了材料科学的新前沿，在催化、电子、结构合金和含能材料方面具有应用。最近，由地球上丰富的元素制成的Co25 Mo 45 Fe 10 Ni 10 Cu 10 HEA显示出对氨分解具有高催化活性，其可与现有技术的钌催化剂相媲美，但昂贵得令人望而却步。使用基于第一性原理计算的计算方法，结合数据分析和机器学习，我们建立了一个模型来快速计算H，N和NHX（x= 1，3）物种在不同合金成分和原子排列的CoMoFeNiCu合金表面上的吸附能。我们表明，25/45钴/钼的比例确定实验上作为最活跃的氨分解组合物增加的可能性，表面吸附氮相当于钌，而在同一时间相互作用的中间体适度强烈。我们的研究强调了计算建模和机器学习在其近乎无限的材料设计空间中识别和优化HEA合金的重要性。
2021-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Sonochemically Boosted Hydrogen Evolution Activity of Janus TMD Monolayers
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）；Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Center for Energy and Environmental Chemistry（能源与环境化学中心）
通过化学气相沉积在Au箔上生长Janus TMD单层（SeMoS和SeWS），发现其析氢催化性能优于母体TMD，且极性溶剂声化学处理可显著提升活性，SeMoS处理后的过电位低至~63 mV。
2026-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Pd/Cu single atom alloys for catalysis: from single crystalline to nanostructured model systems for highly selective butanol dehydrogenation
本研究开发了一种Pd原子级分散于Cu纳米颗粒的Pd/Cu单原子合金催化剂，结合多种表面敏感技术与DFT计算进行表征，发现其在丁醇脱氢制丁醛反应中实现100%选择性，优于单晶模型体系，为相关催化材料的合理设计奠定了基础。
2025-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Using a dual plasma process to produce cobalt--polypyrrole catalysts for the oxygen reduction reaction in fuel cells -- part I: characterisation of the catalytic activity and surface structure
介绍了一种新的双等离子体涂层工艺，用于制备燃料电池中氧还原反应的无铂催化剂。用各种方法分析由此产生的催化剂。通过循环伏安法、旋转环电极和旋转环盘电极进行电化学表征。由此获得的不同的催化剂的表面孔隙率的特征在于与氮气吸附技术和扫描电子显微镜用于确定膜的生长机制。它表明，催化活性化合物可以用这种双等离子体工艺生产。此外，催化活性可以通过改变等离子体工艺参数而显著变化。计算了生成的H $_2$ O $_2$的量，并表明2电子机理是主要的。等离子体涂覆机制不会显著改变所用碳载体的表面BET面积和孔径分布。此外，所产生的薄膜的扫描电子显微镜照片，并示出的柱状生长机制的偏好。通过使用不同的碳作为载体，它表明，有很强的依赖性的催化活性，这可能是有关的碳的化学性质。
2012-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.plasm-ph
The Kinetics of Chirality Assignment in Catalytic Single Walled Carbon Nanotube Growth
手性选择的单壁碳纳米管（SWCNTs）保证了构建~1 nm尺寸电子器件的巨大潜力。然而，手性选择的单壁碳纳米管的可靠方法仍然悬而未决。本文对催化生长过程中单壁碳纳米管的手性分配和控制进行了理论研究。这项研究表明，单壁碳纳米管的手性是由单壁碳纳米管成核过程中的五边形形成的动力学纳入。因此，手性在液体催化剂表面上随机分配。此外，基于这种理解，提出了两种潜在的合成手性选择的单壁碳纳米管的方法：i）通过使用Ta、W、Re、Os或它们的合金作为固体催化剂，和ii）通过在生长期间频繁地改变单壁碳纳米管的手性。
2014-03-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computation of infinite dilute activity coefficients for Ga-X (X= In, Tl) and thermodynamic activities of all components in liquid Ga-In-Tl alloys
用分子相互作用体积模型（MIVM）计算了Ga-In-Tl体系在1073、1173和1273 K时各组分的热力学活度。本文用液态合金络合物形成模型的方法，预测了Ga-In和Ga-Tl二元体系的无限稀释活度系数，它是测定Ga-In-Tl体系中所有组分热力学活度所必需的。将计算的热力学活度系数应用于MIVM，计算结果与实验数据吻合较好。对Ga活度的预测结果令人满意，从而对其余两种组分（In和Tl）的活度进行了预测。绘制了各组分（Ga、In和Tl）的等活度图，揭示了Ga-In-Tl体系化学短程有序性质与组分的关系。
2021-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Strain Modulated Catalytic Activity of Pt2XSe3 (X = Hg, Zn) for Hydrogen Evolution Reaction
本研究通过从头算模拟发现，Pt2XSe3（X=Hg， Zn）中Hg和Zn位点在酸性环境中具有最佳HER活性，且3%压缩应变可实现近热中性吸附，应变工程是调控其催化活性的有效策略。
2025-05-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Intermetallic Nanocrystals: Syntheses and Catalytic Applications
在纳米化学的最前沿，存在着以金属间纳米晶体为中心的研究努力，金属间纳米晶体在长程原子有序、明确定义的化学计量和受控的晶体结构方面是独特的。与没有原子有序的合金纳米晶体相比，合成具有严格控制其尺寸和形状的金属间纳米晶体具有挑战性。本文综述了近年来在合成尺寸可控、形状明确的金属间化合物纳米晶方面的研究进展。我们从一个简单的分析和一些见解的关键选择的实验条件生成金属间化合物纳米晶体。然后，我们提出的例子，以突出金属间纳米晶体作为电催化剂或催化剂的各种反应的可行用途，重点是相对于缺乏原子有序的合金对应物的增强性能。最后，我们对未来的发展前景的背景下，合成控制，结构与性能的关系，和应用。
2018-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Designing Bimetallic Nanoparticle Catalysts via Tailored Surface Segregation
本研究通过分子动力学模拟揭示双金属纳米颗粒的表面偏析现象，提出利用该现象富集贵金属以减少用量，并用第一性原理计算验证了其在丙烷脱氢催化中的可行性。
2025-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced graphitic domains of unreduced graphene oxide and the interplay of hydration behaviour and catalytic activity
以往的研究表明，通过热扩散和官能团的聚集来增加氧化石墨烯（GO）的石墨畴尺寸可以显著改善其性能。值得注意的是，这种转变发生在官能团的分解温度以下，因此允许石墨畴的微调，而不损害GO的功能性。通过研究GO在温和热处理下的转变，我们通过广泛的透射电子显微镜（TEM）研究直接观察到石墨域从最初的40 nm 2到200 nm 2的这种尺寸增强。此外，我们通过全面的化学分析确认了该过程中官能团的完整性。更仔细地观察该过程证实了理论上预测的GO室温稳定性的相关性。我们进一步研究了扩大的石墨畴对GO水合行为和GO负载的单原子催化剂的催化性能的影响。
2021-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Reactivity screening of single atoms on modified graphene surface -- From formation and scaling relations to catalytic activity
单原子催化剂（SAC）代表了催化剂利用的最终水平，这使其成为当前研究的焦点。因此，对它们的理解对于开发新的高效催化系统至关重要。使用密度泛函理论计算，分析了在四种不同载体（原始石墨烯、N-和B-掺杂的石墨烯和具有单空位的石墨烯）上的由九种金属（Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt和Au）组成的模型SAC。其中，只有具有单个空位的石墨烯能够形成SAC，其在电催化的苛刻条件下在聚集和溶解方面是稳定的。使用原子（氢和A = C、N、O和S）和分子吸附物（AHx，x = 1、2、3或4，取决于A）探测模型SAC的反应性，得到包括在本研究中的近600个不同的系统。证实了A和AHx在模型SAC上的吸附能之间的标度关系。然而，对于CH 3的情况，标度被打破。原子和分子吸附物在由原始、N掺杂和B掺杂石墨烯支撑的金属SA上的吸附能之间也存在明显的标度，这源于这些支撑物上SA的相似电子结构。利用所获得的数据，我们分析了模型SAC上的析氢。只有M@石墨烯空位体系（不包括Ag和Au）在高酸性溶液中的析氢条件下是稳定的。额外的界面效应进行了讨论，并需要适当的理论处理时，研究SAC与分子物种的相互作用。
2021-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Compositional gradients in sputtered Ti-Au alloys: Site-selective Au-decoration of anodic TiO$_2$ nanotubes towards enhanced photocatalytic H$_2$ evolution
Au纳米粒子在TiO $_2$表面的电子转移助催化作用可以提高光催化H $_2$的生成性能。最大化助催化效果的关键是精细控制Au纳米颗粒的尺寸和在光催化剂上的位置，这与诸如TiO $_2$形态、照射波长和路径以及光催化剂中的光穿透深度等参数有关。本文提出了一种用Au纳米粒子对阳极TiO $_2$纳米管（TN）进行本征选择性修饰的方法：通过Ti和Au共溅射制备Ti-Au合金层，其厚度方向具有成分梯度;这些层，当在自排序电化学条件下阳极化时，可以形成Au修饰的TN，其中Au纳米颗粒密度和位置根据金属合金基底中的Au浓度分布而变化。我们的研究结果表明，Au助催化剂的放置强烈影响的TN层的光催化H $_2$的演变性能。我们证明，当生长Au装饰TN时，使用具有合适的Au成分梯度的Ti-Au衬底可以导致更高的H $_2$演化速率，与传统生长的具有均匀助催化剂装饰的TN相比。作为副作用，助催化剂纳米颗粒的适当放置允许减少贵金属的量而不倾倒H $_2$释放活性。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unravelling the Catalytic Activity of Dual-Metal Doped N6-Graphene for Sulfur Reduction via Machine Learning-Accelerated First-Principles Calculations
本研究提出机器学习加速的PACE框架，结合DFT与MLIPs筛选N6配位双原子催化剂，发现Fe-Ni和Fe-Pt因适宜吸附能与低反应能垒表现最优，并开发GBR模型快速预测吉布斯自由能，为锂硫电池催化剂设计提供数据驱动策略。
2025-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Comparative density functional theory study for predicting oxygen reduction activity of single-atom catalyst
已经确定氮配位的过渡金属，TM-N $_{4}$ -C（TM $=$ Fe和Co）结构部分，负责对电化学氧还原反应的较高催化活性。然而，使用密度泛函理论计算得到的结果各不相同，这可能导致争议。在这里，我们使用不同类别的交换相关泛函来评估理论方法的准确性，即，Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）和修正的PBE（RPBE），具有Grimme半经验色散校正的那些（PBE+D3和RPBE+D3），以及具有非局部相关性的贝叶斯误差估计泛函（BEEF-vdW）对石墨烯中TM-N $_{4}$部分上的氧还原反应的反应能和具有OH-末端的那些。我们发现，使用RPBE+D3的预测过电位是可比的，并与BEEF-vdW的那些一致。我们的发现表明，一个适当的选择交换相关功能是至关重要的，以精确描述该系统的催化活性。
2022-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Ar+-ion Bombardment of TiO2 Nanotubes Creates Co-catalytic Effect for Photocatalytic Open Circuit Hydrogen Evolution
在目前的工作中，扩展氩离子轰击被用来改性TiO 2纳米管（NTs）层。原位X-射线光电子能谱学揭示了在纳米管层中形成的低氧化物（Ti 3+，Ti 2+状态）的高含量。测试这些样品显示开路光催化析氢的能力。我们发现对于UV（cw激光325 nm）照射以及对于AM 1.5条件，在没有通常的贵金属纳米颗粒装饰的情况下强烈增强的H2析出活性。因此，我们得出结论，这些亚氧化物状态可以发挥重要的作用，在活化的二氧化钛纳米管-即作为一个析氢助催化剂。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Identifying the Catalytic Descriptor of Single-Atom Catalysts in Nitrate Reduction Reaction: An Interpretable Machine-Learning Method
本研究利用可解释机器学习方法，从286种BC₃基单原子催化剂中识别出硝酸盐还原反应的关键影响因素，构建了整合本征性质与中间体结构的描述符ψ，并筛选出16种性能优于已报道体系的低成本非贵金属催化剂。
2025-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Enhancing catalyst activity of two-dimensional C$_4$N$_2$ through doping for the hydrogen evolution reaction
本文研究通过B、Si、P掺杂二维C$_4$N$_2$纳米片提升析氢反应催化活性，发现B掺杂C$_{36}$N$_{17}$可将吉布斯自由能降至约-0.2 eV，显著优化氢吸附，有望作为高效助催化剂用于电催化和光催化。
2025-02-15 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The rise of Single-Atom Catalysts
近年来，单原子催化剂因其高活性、高选择性、高稳定性、高原子利用率、优异的性能和低成本而受到广泛关注。单原子催化剂含有与载体如金属氧化物或2d材料的表面原子配位的孤立的单个原子。本文综述了近年来单原子催化的研究进展，重点介绍了单原子催化剂的各种合成方法及其在催化反应中的应用。我们还利用密度泛函理论从理论上论证了单原子催化剂对不同催化反应的反应机理。
2021-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Revealing trends in catalytic activity of adatoms for hydrogen adsorption on carbon: a case study of graphene and carbon nanotube
Montanuniversität Leoben（莱奥本矿业大学）
本研究通过分子动力学模拟揭示了不同元素吸附原子对石墨烯和碳纳米管氢气吸附性能的影响，发现II组元素和轻元素在氢气储存中有显著优势。
2025-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface Rearrangement and Evaporation Kinetics of Supported Gold Nanoparticle Catalysts
由负载型金属纳米颗粒组成的非均相催化剂通常从其大比例的欠配位表面位点获得优异的催化活性，所述表面位点促进反应物分子的吸附。同时，这些高能表面构型是不稳定的，导致纳米颗粒生长或降解，并最终失去催化活性。催化纳米颗粒的表面形态对催化活性、选择性以及降解速率至关重要，然而，众所周知，苛刻的反应条件会导致表面结构发生变化。尽管如此，有限的研究集中在理解纳米颗粒表面刻面和降解速率或机制之间的联系。在这里，我们研究了一个模型Au负载的催化剂系统在一定的温度范围内使用的组合\textit{in situ}透射电子显微镜，动力学蒙特卡罗模拟，和密度泛函理论计算，以建立一个原子的图片如何在表面结构和原子配位环境的变化导致转变的演变机制作为温度的函数。通过结合实验结果，产生直接观察的动态形状变化和粒子蒸发速率，与计算技术，这使得了解纳米粒子演变的基本热力学和动力学，我们说明了一个两步的演变机制，其中移动吸附原子形成通过解吸从低配位方面，随后蒸发掉的粒子表面。通过了解温度在表面扩散和蒸发之间竞争中的作用，我们能够展示单个原子运动如何导致颗粒尺度的形态变化，并合理解释为什么在几乎相同的纳米颗粒系统中颗粒之间的蒸发速率会有所不同。
2022-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Bond-Derived Orbitalwise Coordination Number as an Accurate Reactivity Descriptor for Oxygen Electrochemistry in Transition-Metal Oxides
解开与催化反应性相关的描述符对于快速筛选给定催化反应的最佳催化剂是必不可少的。在此，我们提出了键衍生的轨道配位数（$\overline{CN}^α$，$α$ = $s$或$d$）作为一个简单而准确的描述过渡金属（TM）氧化物，同时考虑了几何和电子结构周围的活性位点，并避免过多的计算负担。该描述符与氧电化学中的活性具有很强的标度关系，使得我们能够容易地筛选用于$β$ $_2$的最佳催化剂。通过在（110）面上形成氧空位，使$\overline{CN}^α$ =5.6的$β$-MnO $_2$表现出最好的氧电化学活性，这与实验结果很好地一致。该描述符可普遍应用于其他TM氧化物，如RuO $_2$，开辟了一条新的路线，作为指导设计的新型催化剂在催化反应。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Fluxional Behavior at the Atomic Level and its Impact on Activity: CO Oxidation over CeO$_{2}$-supported Pt Catalysts
可还原氧化物是广泛使用的催化剂载体，其可通过在金属-载体界面处转移其晶格氧来增加氧化反应速率。界面氧化过程通常用Mars-van Krevelen机理描述。然而，关于原子尺度结构和动态亚稳定性（即，流动行为）。在这里，我们采用像差校正$\textit{operando}$电子显微镜可视化的结构动力学发生在Pt/CeO $_{2}$界面附近的CO氧化过程中。有限元模拟进行开发的反应速率分析，其中原子级结构的观察直接与催化剂的营业额CO氧化的频率。我们发现，催化营业额的增加频率与动态fluxional行为，（a）不稳定的支持Pt颗粒，（b）标志着一个增强的氧空位的产生和湮灭的速度，和（c）导致增加的应变和减少的CeO $_{2}$支持的表面。总的来说，结果牵连的界面Pt-O-Ce债券锚定Pt的支持，也参与催化驱动的氧转移过程中，他们建议，氧还原发生在高度减少附近的CeO 2表面迁移到界面周边与CO反应之前。这里描述的$\textit{operando}$电子显微镜的方法应该是适用于大量的纳米粒子催化剂。这种技术将使催化功能的表面结构的识别和加强我们的能力，建立（动态）结构活性关系。
2021-04-02 cond-mat.mtrl-sci
